DE3235627C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein mehrteiliges Strahlaufteilungsprisma, welches aus Glas besteht und eine Eintrittsfläche für ein Strahlbündel, eine schräg dazu angeordnete Bündeltrennfläche und eine Austrittsfläche für einen durch die Bündeltrennfläche abgekoppelten Teilstrahl aufweist, welcher durch ein auf der Austrittsfläche angeordnetes Dachkantprisma aufgespalten wird.

Eine mit diesem Prisma ausgerüstete Ausleseeinheit ist in der Veröffentlichung "PCM-Schallplatte für die 80er Jahre" in: "Radio Mentor" 45 (1979), Seiten 138 bis 140, beschrieben. Diese Ausleseeinheit enthält eine Strahlungs­ quelle in Form eines Halbleiterdiodenlasers. Das von diesem Laser ausgesandte Auslesebündel wird von einem Objektivsystem auf eine Datenstruktur fokussiert, die auf einem runden scheibenförmigen Aufzeichnungsträger ange­ bracht ist. Das von der Datenstruktur reflektierte Auslesebündel durchsetzt zum zweiten Mal das Objektiv­ system und anschließend ein zwischen der Strahlungsquelle und dem Objektivsystem angeordnetes Strahlaufteilungsprisma, im folgenden auch kurz Trennprisma genannt. Dieses Prisma entkoppelt das modulierte Auslesebündel aus dem Strahlungsweg des vom Strahler ausgesandten Bündels, so daß das modulierte Bündel von einem strahlungsempfind­ lichen Detektorsystem aufgefangen werden kann, das ein elektrisches Signal entsprechend der Modulation letzt­ genannten Bündels liefert.

Zum Lesen einer Datenstruktur mit kleinen Dateneinzel­ heiten, beispielsweise in der Größenordnung von 1 µm oder darunter, muß ein Objektivsystem mit einer großen numerischen Apertur benutzt werden. Die Schärfentiefe eines derartigen Objektiv­ systems ist gering. Da Schwankungen im Abstand zwischen der Datenstruktur und dem Objektivsystem auftreten können, die größer als diese Schärfentiefe sind, sind Maßnahmen zu treffen, um diese Schwankungen zu detektieren und anhand der Ergebnisse die Fokussierung nachstellen zu können. Dazu kann, wie in der herangezogenen Veröffentlichung beschrieben, auf der Austrittsfläche des Trennprismas ein Dachkantprisma angeordnet sein. Dieses Prisma zerlegt das Bündel in zwei Teilbündel, die von gesonderten Elementen des strahlungsempfindlichen Detektorsystems aufgefangen werden. Dieses System besteht beispielsweise aus vier strahlungsempfindlichen Elementen, die entlang einer Linie quer zur brechenden Rippe des Dachkantprismas angeordnet sind. Durch Subtraktion der Summe der Signale der zwei inneren Detektorelemente von der der zwei äußeren Detektorelemente entsteht ein Signal, das einem Fokus­ fehler proportional ist.

Bisher wurde das Dachkantprisma als gesondertes Element aus Glas mit hoher optischer Güte hergestellt und auf dem Trennprisma befestigt. Das Dachkantprisma hat verhältnis­ mäßig geringe Abmessungen und ist besonders empfindlich. Es soll einen stumpfen Spitzenwinkel besitzen, beispiels­ weise zwischen 170 und 180°, und es ist schwer, mit der erforderlichen Genauigkeit und ohne Geräte, die die Strahlungsverteilung und die Detektorelemente und dadurch die Ausgangssignale dieser Elemente beeinflussen können, herzustellen. Außer der Herstellung und Handhabung verursacht auch die erforderliche genaue Einstellung des Dachkantprismas in bezug auf das Trennprisma große Probleme.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Probleme zu beseitigen und ein mit einem Dach­ kantprisma ausgerüstetes Trennprisma zu schaffen, das sich einfach und preisgünstig herstellen läßt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Dachkantprisma aus einem durchsichtigen Kunststoff besteht und unmittel­ bar an die Austrittsfläche angeformt und dann ausgehärtet ist.

Bei der Erfindung wird die Tatsache ausgenutzt, daß das Dachkantprisma ein dünnes Element ist, wodurch an den Werkstoff dieses Prismas nicht derart hohe Anforderungen wie an den Werkstoff des Trennprismas gestellt werden brauchen, weil ja das Trennprisma vom hinlaufenden Lese­ bündel durchsetzt wird, das einen Strahlungsfleck bilden soll, an den hohe Anforderungen gestellt werden.

Durch die DE-OS 27 22 470 ist ein keilförmig ausgebildetes transparentes optisches Element bekannt, welches aus aushärtbarem Kunstglas hergestellt ist.

Durch die DE-AS 10 69 874 ist es bekannt, optische Elemente wie z. B. Prismen aus aushärtbarem Kunststoff herzustellen.

Als Werkstoff für das Dachkantprisma können mehrere durch­ sichtige Kunststoffe oder Lacke benutzt werden, wenn sie in ausreichend flüssigem Zustand auf dem Trennprisma angebracht werden und anschließend beispielsweise thermisch oder unter Strahlungsbeeinflussung aushärten können. Eine bevorzugte Ausführungsform des Trennprismas ist dadurch gekennzeichnet, daß das Dachkantprisma aus einem unter dem Einfluß von Ultraviolettstrahlung aushärtenden Kunststoff besteht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des mit einem Dachkantprisma ausgerüsteten Trennprismas ist dadurch gekennzeichnet, daß auf der Austrittsfläche des Bündeltrennprismas ein Tropfen eines weichen Kunststoffes angebracht wird, in den Kunststofftropfen ein Stempel mit einer Stempelfläche bestehend aus zwei Stempelflächen, die einen stumpfen Winkel einschließen, gepreßt wird, der Kunststoff aushärtet und der Stempel entfernt wird.

Der Stempel kann bei der Benutzung eines Einstellwerkzeu­ ges genau positioniert und ausgerichtet werden. Dadurch können die Richtung und die Stellung der brechenden Rippe des Dachkantprismas in bezug auf den Prismenträger und somit in bezug auf die optische Achse des Systems, von dem das Trennprisma ein Teil ist, unabhängig von der Orientierung der Austrittsfläche des Trennprismas gut festgelegt werden, denn der Raum zwischen dieser Fläche und dem Stempel wird vollständig mit durchsichtigem Kunststoff gefüllt.

Wenn der Kunststoff ein unter dem Einfluß von Ultraviolett­ strahlung aushärtender Lack ist, wird vorzugsweise ein durch­ sichtiger Stempel benutzt, so daß der Lack durch diesen Stempel hindurch angestrahlt werden kann.

Zum leichten Trennen des Stempels vom ausgehärteten Lack ist der Stempel vorzugsweise mit einer Antihaftschicht versehen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer optischen Leseeinheit mit einem Bündeltrennprisma mit Dachkantprisma,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Bündeltrennprisma und das zugeordnete strahlungsempfindliche Detektorsystem,

Fig. 3 eine Ansicht eines Teils des Trennprismas mit einem bündeltrennenden Dachkantprisma in der Perspektive, und

Fig. 4 die Herstellung des Dachkantprismas.

In Fig. 1 ist ein kleiner Teil eines runden scheibenförmigen Aufzeichnungsträgers 1 in Radialschnitt dargestellt. Die strahlungsreflektierende Datenstruktur befindet sich an der Oberseite des Aufzeichnungsträgers und besteht aus einer Vielzahl von Datengebieten, die entlang Datenspuren 2 geordnet sind. Die Datenstruktur wird von einem Lesebündel b aus einer Strahlungsquelle 3, beispielsweise einem Halb­ leiterdiodenlaser, abgetastet. Eine Linse 4 bildet aus dem divergierenden Bündel ein paralleles Bündel mit derar­ tigem Schnitt, daß die Pupille eines Objektivsystems 5 gut ausgefüllt wird. Dieses Objektivsystem bildet dabei einen Strahlungsfleck V mit Mindestabmessungen auf der Datenstruktur.

Das Lesebündel wird von der Datenstruktur reflektiert, und bei der Bewegung des Aufzeichnungsträgers in bezug auf das Lesebündel wird das reflektierte Bündel entsprechend der im Aufzeichnungsträger angeordneten Information zeit­ lich moduliert. Zum Trennen des modulierten Bündels von dem von der Strahlungsquelle ausgesandten Bündel ist zwischen der Strahlungsquelle und dem Objektivsystem ein Bündeltrennprisma 6 angeordnet. Dieses Prisma kann aus zwei prismatischen Teilen 7 und 8 bestehen, zwischen denen eine Bündeltrennschicht 9 angeordnet ist. 10 und 11 sind die Eintrittsfläche bzw. die Austrittsfläche des Prismas 6. Die Schicht 9 kann ein halbdurchlässiger Spiegel sein. Um den Strahlungsverlust in der Leseeinheit möglichst klein zu halten, wird vorzugsweise eine polarisationsempfind­ liche Trennschicht benutzt. Zwischen dem Objektivsystem und dem Prisma 6 ist dabei eine λ/4-Platte 12 aufgenommen, worin λ die Wellenlänge des Lesebündels b ist. Diese Platte wird vom Lesebündel zweimal durchsetzt und dreht die Pola­ risationsebene dieses Bündels insgesamt um 90°. Das von der Strahlungsquelle ausgesandte Bündel wird vom Prisma b nahezu vollständig durchgelassen, während das modulierte Bündel nahezu vollständig auf ein strahlungsempfindliches Detektor­ system 13 reflektiert wird. Dieses System erzeugt ein Signal, das entsprechend der im Aufzeichnungsträger gespeicherten Information moduliert ist.

Zum Erzeugen eines Fokusfehlersignals, das einen Hinweis auf die Größe und die Richtung einer Abweichung zwischen der Fokussierungsebene des Objektivsystems und der Ebene der Datenstruktur gibt, ist auf der Austrittsfläche 11 des Bündeltrennprismas 6 ein Dachkantprisma 14 angebracht und das strahlungsempfindliche Detektorsystem 13 aus vier strahlungsempfindlichen Elementen aufgebaut. Diese Ele­ mente sind in Fig. 2, die das Prinzip der Fokusfehlerdetek­ tion veranschaulicht und eine Draufsicht auf das Bündel­ trennprisma mit dem Dachkantprisma darstellt, mit 16, 17, 18 und 19 bezeichnet. Die brechende Rippe 15 des Prismas 14 kann gemäß Fig. 2 zur optischen Achse 00′ in Fig. 1 der Leseeinheit parallel verlaufen. Jedoch ist es möglich, wie in Fig. 1 dargestellt, das Dachkantprisma und die Reihe der Detektorelemente um 90° zu drehen, so daß die brechende Rippe 15 quer zur optischen Achse 00′ verläuft. Die brechen­ de Rippe kann auch eine Stellung zwischen parallel und senkrecht zur optischen Achse 00′ einnehmen.

Das Dachkantprisma trennt das Bündel b in zwei Teilbündel b ₁ und b ₂, die mit den Detektorelementen 16 und 17 bzw. den Elementen 18 und 19 zusammenwirken.

Durch das Durchlaufen des Trennprismas können die zwei Bündelhälften des Lesebündels verschiedene Intensitäten erhalten, d. h. in den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2 kann die obere Hälfte des von der Trennfläche 9 reflektierten Bündels eine geringere Intensität als die untere Hälfte haben. Um zu vermeiden, daß durch diesen Effekt die Teil­ bündel b ₁ und b ₂ unterschiedliche Intensitäten bekommen, wird die brechende Rippe des Dachkantprismas vorzugsweise parallel zur optischen Achse 00′ angeordnet.

In Fig. 1 und 2 ist das Lesebündel genau auf die Fläche der Datenstruktur fokussiert. Die Leseeinheit kann derart eingerichtet sein, daß dabei der Fokuspunkt F des reflek­ tierten Bündels genau auf der brechenden Rippe 15 des Dachkantprismas 14 liegt. Bei einer entsprechenden Fokussie­ rung fallen die Teilbündel b ₁ und b ₂ symmetrisch auf ihre zugeordneten Detektorelemente 16 und 17 bzw. 18 und 19 ein. Beim Auftreten eines Fokusfehlers ändert sich die Energie­ verteilung im Teilbündel b ₁ bzw. b₂ in bezug auf die zuge­ ordneten Detektorelemente, was auch als eine Verschiebung der Teilbündel in bezug auf die Detektorelemente aufgefaßt werden kann. Wenn der Fokuspunkt des von der Strahlungs­ quelle herrührenden Bündels über der Ebene der Datenstruk­ tur liegen würde, würde der Fokuspunkt F des reflektierten Bündels sich rechts von der Rippe 15 in Fig. 2 befinden. Dabei würden die Bündel b ₁ und b ₂ einwärts verschoben sein und würden die Detektorelemente 16 und 19 eine geringere Strahlungsenergie als die Detektorelemente 17 und 18 empfan­ gen. Würde der Fokus des von der Strahlungsquelle ausge­ sandten Lesebündels unterhalb der Ebene der Datenstruktur liegen, würde das Umgekehrte gelten, und die Detektorele­ mente 17 und 18 würden eine geringere Strahlungsenergie­ menge als die Detektorelemente 16 und 19 empfangen. Indem, wie in Fig. 2 dargestellt, die Signale der Detektorele­ mente 17 und 18 einem ersten Addierer 20 und die der Ele­ mente 16 und 19 einem zweiten Addierer 21 und die Signale dieser Addierer einem Differenzverstärker 22 zugeführt werden, wird ein Fokusfehlersignal S _f erhalten. Das Daten­ signal S _i kann mit einem dritten Addierer 23 erhalten werden, dessen Eingänge mit den Addierern 20 und 21 ver­ bunden sind.

Die Leseeinheit kann auch derart eingerichtet sein, daß bei entsprechender Fokussierung der Fokuspunkt F des reflek­ tierten Bündels in der Ebene der Detektorelemente liegt. Dabei würde, wenn der Fokuspunkt des vom Strahler geliefer­ ten Bündels zu hoch liegt, der Fokuspunkt F ebenfalls nach rechts verschoben sein, aber die Detektorelemente 16 und 19 würden dabei eine größere Strahlungsenergie als die Detektor­ elemente 17 und 18 empfangen.

Statt vier strahlungsempfindlicher Elemente könnte das Detektorsystem auch drei derartige Elemente enthalten, beispielsweise nur die Elemente 16, 17 und 18 aus Fig. 2. Das Fokusfehlersignal wird dabei durch Subtraktion der Signale aus den Detektorelementen 16 und 17 voneinander und das Datensignal durch Addition der Signale der drei Elemente 16, 17 und 18 zueinander erhalten.

Entweder die Basis oder die brechende Rippe 15 des Dach­ kantprismas 14 kann an der Austrittsfläche 11 des Bündel­ trennprismas liegen, wie in Fig. 1 bzw. Fig. 2 dargestellt. Bei dem ausgewählten großen Wert des Spitzenwinkels α des Dachkantprismas, beispielsweise etwa 170°, hat das Prisma 14 in beiden Fällen etwa die gleiche Wirkung. Der Spitzenwinkel α wird möglichst groß gewählt, damit die Detektorelemente möglichst nahe beieinander liegen und als ein einziger integrierter Detektor ausgeführt werden können.

Erfindungsgemäß besteht das Dachkantprisma aus einem ausge­ härteten Kunststoff. In Fig. 3 ist eine Ansicht einer Prismahälfte 7 des Trennprismas in stark vergrößertem Maßstab in der Perspektive dargestellt, auf der ein Dachkantprisma 14 angeordnet ist. In einer verwirklichten Ausführungsform hatte das Prima eine Grundfläche von 4 × 4 mm², eine maxi­ male Höhe h in der Größenordnung von 200 µm und einen Spitzenwinkel α von etwa 170°.

In Fig. 4 ist schematisch die Herstellung des Dachkant­ prismas dargestellt. Auf der Austrittsfläche 11 des Prismen­ teils 7, der in Draufsicht dargestellt ist, wird ein Tropfen beispielsweise eines unter dem Einfluß von Ultra­ violettstrahlung ausgehärteten durchsichtigen Lacks ange­ bracht. Ein Stempel 25 eines weiter nicht dargestellten Werkzeuges wird mit der erforderlichen hohen Genauigkeit positioniert, so daß die Schnittlinie 26 der zwei Stempel­ teilflächen 25 A und 25 B den entsprechenden Abstand zur Mittellinie des nicht dargestellten Trägers des Trennprismas besitzt und diese Linie die richtige Richtung in bezug auf die optische Achse 00′ hat, d. h. parallel oder quer zu dieser Achse verläuft. Anschließend wird der Lacktropfen mit Ultraviolettstrahlung 28 angestrahlt, wobei unter Ver­ wendung eines durchsichtigen Stempels durch diesen Stempel hindurch angestrahlt werden kann. Nach dem Aushärten des Lacks wird der Stempel zurückgezogen. Der Stempel kann noch mit einer Antihaftschicht 27 zur Erleichterung des Lockerns des ausgehärteten Lackes versehen sein.

Bei der Bestrahlung durch den Stempel hindurch braucht der Werkstoff dieses Stempels nur für Ultraviolettstrahlung gut durchlässig zu sein. Es kann auch durch das Trenn­ prisma hindurch angestrahlt werden. Der Werkstoff dieses Prismas muß dabei für Ultraviolettstrahlung als auch für das Lesebündel gut durchlässig sein. Bei der Anstrahlung durch das Trennprisma hindurch wird eine größere Ober­ fläche als beim Anstrahlen durch den Stempel hindurch ange­ strahlt, so daß auch außerhalb der Stempelfläche ge­ drückten Lacks durch die Strahlung ausgehärtet werden kann.

Statt unter dem Einfluß von Ultraviolettstrahlung aushär­ tenden Lacks können auch andere Kunststoffe benutzt werden, die in mehr oder weniger erweichtem Zustand angebracht werden können und nach dem Eindrücken unter dem Einfluß von Wärme oder in kaltem Zustand, wie Epoxydharze, oder auch unter dem Einfluß anderer als Ultraviolettstrahlung ausge­ härtet werden können.

Bevorzugt wird die Verwendung eines Stempels nach Fig. 3, dessen Stempelfläche hervorsteht und mit dem ein Dachkant­ prisma nach Fig. 3 erhalten wird. Dabei ist die Möglichkeit von Luftblasen im hergestellten Dachkantprisma minimal und kann bei schrumpfendem Lack Werkstoff von der Außen­ seite der Stempelfläche her zugeführt werden.

Das Trennprisma 6 besteht aus zwei Teilen 7 und 8, von denen einer die Trennfläche 9 trägt. Die zwei Teile können mit einem unter dem Einfluß von Ultraviolettstrahlung aushärtenden Kitt aufeinander befestigt werden. Die Zusammen­ setzung des Trennprismas und das Anbringen des Dachkant­ prismas können gleichzeitig und mit Hilfe einer einzigen Lehre erfolgen.

Die Erfindung ist anhand ihrer Verwendung in einer optischen Leseeinheit beschrieben, kann aber auch in einer Schreib­ einheit oder in einer kombinierten Schreib/Leseeinheit ver­ wendet werden. Die Schreibeinheit ist analog der Beschrei­ bung der Leseeinheit aufgebaut. Zum Schreiben von Daten, beispielsweise durch das Schmelzen von Grübchen in einer Metallschicht, wird eine größere Energie als zum Lesen benötigt. Außerdem muß das Schreibbündel entsprechend der einzuschreibenden Information zeitlich moduliert werden. Als Strahlungsquelle in der Schreibeinheit kann ein Gas­ laser, z. B. ein H_eN_e-Laser benutzt werden, wobei im Weg des Schreibbündels ein Modulator, wie ein elektro-optischer oder ein akusto-optischer Modulator, angebracht wird. Es kann auch ein Diodenlaser benutzt werden, bei dem die Modu­ lation des Schreibbündels durch Variation im elektrischen Strom durch den Diodenlaser herbeigeführt werden kann, so daß kein getrennter Modulator erforderlich ist.

Claims (6)

1. Mehrteiliges Strahlaufteilungsprisma mit einem Bündel­ trennprisma, welches aus Glas besteht und eine Eintritts­ fläche für ein Strahlbündel, eine schräg dazu angeordnete Bündeltrennfläche und eine Austrittsfläche für einen durch die Bündeltrennfläche abgekoppelten Teilstrahl aufweist, welcher durch ein auf der Austrittsfläche angeordnetes Dachkantprisma aufgespalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Dachkantprisma aus einem durchsichtigen Kunststoff besteht und unmittelbar an die Austrittsfläche angeformt und dann ausgehärtet ist.

2. Strahlaufteilungsprisma nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dachkantprisma aus einem unter dem Einfluß von Ultraviolettstrahlung aushärtenden Kunststoff besteht.

3. Verfahren zur Herstellung eines mit einem Dachkant­ prisma ausgerüsteten Strahlaufteilungsprismas nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Austrittsfläche (11) des Bündeltrennprismas (6) ein Tropfen eines weichen Kunststoffs angebracht wird, in den Kunststofftropfen ein Stempel (25) mit einer Stempelfläche bestehend aus zwei Stempelflächen (25 A, 25 B), die einem stumpfen Winkel (26) einschließen, gepreßt wird, der Kunststoff aushärtet und der Stempel entfernt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Kunststoff ein unter dem Einfluß von Ultraviolettstrahlung aushärtender Kunststoff ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein durchsichtiger Stempel benutzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stempel mit einer Anti­ haftschicht verwendet wird.

6. Strahlaufteilungsprisma nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung für eine optische Schreib- und/oder Leseeinheit zum Schreiben und/oder Lesen von Datengebieten in einer strahlungsreflektierenden Datenfläche, mit einer Strahlungsquelle, einem Objektiv­ system zum Fokussieren eines von der Strahlungsquelle ausgesandten Bündels zu einem Strahlungsfleck auf der Datenfläche und mit einem zwischen der Strahlungsquelle und dem Objektivsystem angebrachten, mit einem Dachkant­ prisma ausgerüsteten Bündeltrennprisma zum Ablenken des von der Datenfläche reflektierten Bündels aus dem Strah­ lungsweg des von der Strahlungsquelle ausgesandten Bündels und auf ein strahlungsempfindliches Detektorsystem.