DE3635143C2

DE3635143C2 -

Info

Publication number: DE3635143C2
Application number: DE3635143A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Iruma Saitama Jp Nakamura
Original assignee: Canon Electronics Inc
Current assignee: Canon Electronics Inc
Priority date: 1985-10-16
Filing date: 1986-10-15
Publication date: 1990-06-07
Also published as: NL8602596A; GB8624665D0; FR2588671B1; DE3635143A1; GB2183957B; FR2588671A1; GB2183957A; US4778984A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fokus-Ermittlungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Fokus-Ermittlungsvorrichtung, wie sie in der US-PS 43 58 200 gezeigt ist, kann beispielsweise in einem optischen Daten-Aufzeichnungs- und -wiedergabegerät, das Daten auf einem Aufzeichnungsträger, z. B. einer optischen Platte oder Scheibe, aufzeichnet bzw. von diesem wiedergibt, verwendet werden und arbeitet nach der sogenannten Astigmatismusmethode, was anhand der Fig. 1 erläutert werden soll.

Ein von einer Lichtquelle 41, z. B. einem Halbleiterlaser, abgegebenes Strahlenbündel 42 wird an einer ersten Fläche 47 einer keilförmigen Platte 43 reflektiert und erzeugt nach Durchlaufen einer Objektivlinse 44 einen Lichtpunkt auf einer Datenspur 46 einer optischen Platte 45. Das an der optischen Platte 45 reflektierte Strahlenbündel 49 durchläuft ebenfalls die Objektivlinse 44, fällt auf die keilförmige Platte 43 und wird an einer zweiten Fläche 48 der keilförmigen Platte 43 reflektiert, wodurch es an der ersten Fläche 47 aus der keilförmigen Platte 43 austritt und von einem Photodetektor 50 erfaßt wird. Das reflektierte Strahlenbündel 49 erzeugt beim Durchlaufen der keilförmigen Platte 43 einen Astigmatismus und die Gestalt eines Lichtpunktes auf dem Photodetektor 50 ändert sich in Abhängigkeit von dem Fokussierzustand auf der optischen Platte 45. Wenn diese Änderung der Gestalt des Lichtpunktes von dem Photodetektor 50 erfaßt wird, kann eine Fokus-Ermittlung durchgeführt werden.

Da bei einer derartigen Fokus-Ermittlungsvorrichtung die Lichtquelle und der Photodetektor auf derselben Seite der keilförmigen Platte angeordnet sind, müssen sie in Richtung der optischen Achse der Objektivlinse, d. h. in der zur Fläche der optischen Platte senkrechten Richtung, einen relativ großen gegenseitigen Abstand aufweisen, um ohne gegenseitige Beeinflussung betrieben werden zu können. Auf diese Weise benötigt die Fokus-Ermittlungsvorrichtung einen großen Bauraum. Darüber hinaus bringt die Verwendung einer keilförmigen Platte eine sehr hohe Anfälligkeit bezüglich einer Abweichung des austretenden Strahlenbündels von seiner Sollage infolge einer Wellenlängenänderung mit sich, was zu einer wesentlichen Verminderung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Fokus-Ermittlungsvorrichtung führt.

Bei der Fokus-Ermittlungsvorrichtung wird zusätzlich zu dem Astigmatismus durch die keilförmige Platte eine Koma erzeugt, wodurch der Lichtpunkt auf dem Photodetektor keine genau kreisförmige oder elliptische Gestalt hat, sondern so verformt ist, wie es in den Fig. 2A, 2B und 2C dargestellt ist. Die Fig. 2A zeigt einen fokussierten Zustand, während die Fig. 2B und 2C einen Zustand vor bzw. hinter dem fokussierten Zustand zeigen. Die verformte Gestalt des Lichtpunktes beeinflußt die Fokus-Ermittlung nachteilig.

Gemäß der US-PS 43 58 200 ist auch vorgesehen, statt der keilförmigen Platte eine planparallele Platte zu verwenden. Das von der Lichtquelle abgegebene Strahlenbündel wird an einer ersten Fläche der schräg im Strahlengang angeordneten planparallelen Platte reflektiert, dadurch auf ein Objekt, beispielsweise die optische Platte, gerichtet und auf diesem mittels der Objektivlinse fokussiert. Das am Objekt reflektierte Strahlenbündel durchläuft die erste Fläche der planparallelen Platte und tritt an einer gegenüberliegenden zweiten Fläche aus, von wo es einer Detektorvorrichtung zugeleitet wird, die aus dem Astigmatismus des Strahlenbündels den Fokussierzustand ermittelt. Die Verwendung einer planparallelen Platte bringt den Vorteil mit sich, daß ein eintretender Lichtstrahl zu einem austretenden Lichtstrahl im wesentlichen parallel verläuft, so daß selbst bei einer Änderung der Wellenlänge des von der Lichtquelle abgegebenen Lichtes, beispielsweise infolge einer Änderung der Um gebungstemperatur, der austretende nur um ein geringes Maß versetzt wird. Dadurch wird die Genauigkeit der Fokus-Ermittlung nur unwesentlich beeinflußt, da die Richtung des austretenden Lichtstrahls sich nicht ändert. Allerdings benötigt auch die Fokus-Ermittlungsvorrichtung aufgrund der planparallelen Platte und der Anordnung der Lichtquelle und der Detektorvorrichtung einen relativ großen Bauraum insbesondere in der oben genannten Richtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fokus-Ermittlungsvorrichtung zu schaffen, die unter Aufrechterhaltung einer hohen Genauigkeit bei der Fokus-Ermittlung einen nur geringen Bauraum erfordert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Prismas und die bezüglich des Prismas gegenüberliegende Anordnung der Lichtquelle und der Detektorvorrichtung ist der notwendige Bauraum wesentlich verringert. Aufgrund der speziellen erfindungsgemäßen gegenseitigen Anordnung der ersten und zweiten Fläche des Prismas ist erreicht, daß die zweite Fläche scheinbar parallel zur ersten Fläche angeordnet ist, d. h. daß das Prisma wie eine planparallele Platte wirkt, so daß ein einfallender Lichtstrahl und ein austretender Lichtstrahl parallel zueinander verlaufen. Auf diese Weise sind gleichzeitig ein verringerter Bauraum und die vorteilhaften Wirkungen einer planparallelen Platte erzielt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Fokus-Ermittlungsvorrichtung sind Gegen stand der Unteransprüche.

Weitere Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Anordnung einer herkömmlichen Fokus-Ermittlungsvorrichtung,

Fig. 2A-2C schematische Darstellungen von Lichtpunktausbildungen auf einem Photodetektor der herkömmlichen Fokus- Ermittlungsvorrichtung;

Fig. 3 schematisch die Anordnung einer Fokus-Ermittlungsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Lichtempfangsfläche eines Photodetektors bei der ersten Ausführungsform und einer Änderung in der Gestalt eines empfangenen Lichtpunktes;

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips, wonach durch ein Prisma ein Astigmatismus hervorgerufen wird;

Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Verhaltens eines auf ein Prisma bei der ersten Ausführungsform einfallenden Lichtstrahls;

Fig. 7 ein Kurvenbild der Reflexions-/Durchlaßgrad-Kennkurven von polarisiertem Licht einer Lichteinfallsfläche des Prismas der ersten Ausführungsform;

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Anordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 9 ein Kurvenbild der Durchlaßgrad-Kennkurven von polarisiertem Licht einer Lichteinfallsfläche eines Prismas bei der zweiten Ausführungsform;

Fig. 10 schematisch die Anordnung einer dritten Ausführungsform;

Fig. 11 eine schematische Darstellung des Verhaltens eines auf ein Prisma bei der dritten Ausführungsform einfallenden Lichtstrahls;

Fig. 12 und 13 schematische Darstellungen von Anordnungen einer vierten bzw. fünften Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 14 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Erzeugung einer Koma durch das Prisma;

Fig. 15, 16 und 17 schematische Darstellungen von Anordnungen einer sechsten, siebenten und achten Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Die Fig. 3 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform, wobei ein von einer Lichtquelle 1, z. B. einem Halbleiterlaser, ausgesandtes Strahlenbündel 2 durch eine erste Fläche 3 a eines Prismas 3 teilweise reflektiert wird und durch ein Kollimatorobjektiv 4 sowie eine Objektivlinse 5 einen Punkt auf einem Objekt (Datenträger) 6 bildet. Ein vom Datenträger 6 reflektiertes, zurückkehrendes Strahlenbündel 10 tritt wieder durch die Objektivlinse 5 sowie das Kollimatorobjektiv 4 hindurch, so daß es zu konvergentem Licht wird, und fällt auf die erste Fläche 3 a des Prismas 3. Das Strahlenbündel 10 wird dann an einer inneren Reflexionsfläche 3 b reflektiert und tritt an einer zweiten Fläche 3 c des Prismas 3, die mit Bezug auf die Wellenlänge des zur Anwendung gelangenden Lichts reflexionsmindernd behandelt ist, aus. Das an der zweiten Fläche 3 c austretende Licht wird von einer Detektorvorrichtung 7, die bezüglich des Prismas 3 an einer der Lichtquelle 1 gegenüberliegenden Stelle angeordnet ist, erfaßt.

Wenn das reflektierte Strahlenbündel 10 durch das Prisma 3 läuft, dann erzeugt es einen Astigmatismus. Die Detektorvorrichtung 7 wird an einer geeigneten Stelle zwischen einem tangentialen Konvergenzpunkt 8 und einem sagittalen Konvergenzpunkt 9 des Strahlenbündels 10 angeordnet. Wenn man annimmt, daß eine Längsvergrößerung (Tiefenverhältnis) des optischen Systems durch γ und eine Änderung im Abstand zwischen dem Datenträger 6 sowie der Objektivlinse 5 durch δ (δ = 0 im fokussierten Zustand) gegeben ist, dann werden die Konvergenzpunkte 8 und 9 nur um etwa 2 δ/γ bewegt und bei dieser Bewegung ändert sich die Punktgestalt des Strahlenbündels so an der Detektorvorrichtung 7. Die Lichtempfangsfläche der Detektorvorrichtung 7 wird durch zwei zueinander rechtwinklige Linien in Lichtempfangsbereiche 11, 12, 13 und 14, wie die Fig. 4 zeigt, unterteilt und kann den Fokussierzustand des Strahlenbündels 2 auf dem Datenträger 6 aus der Änderung in der Gestalt des Lichtpunktes ermitteln. Beispielsweise hat der Lichtpunkt im genau fokussierten Zustand (δ = 0) im wesentlichen eine Kreisform, wie durch die Bezugszahl 15 angedeutet ist, wobei die auf die jeweiligen Lichtempfangsbereiche 11, 12, 13 und 14 einfallenden Lichtmengen zueinander im wesentlichen gleich sind. Wenn die Objektivlinse 5 vom Datenträger 6 zu weit entfernt ist (δ = positiv) und einen sog. vorfokussierten Zustand bewirkt, dann hat im Gegensatz zum oben genannten Fall der Lichtpunkt eine Gestalt, wie sie mit der Bezugszahl 16 bezeichnet ist, so daß die auf die Lichtempfangsbereiche 11 und 13 einfallende Lichtmenge im Vergleich zu der auf die Lichtempfangsbereiche 12 und 14 einfallenden Lichtmenge relativ vergrößert ist. Liegt die Objektivlinse 5 zu nahe am Datenträger 6 (δ = negativ) und bewirkt einen sog. nachfokussierten Zustand, dann hat der Lichtpunkt die durch die Bezugszahl 17 angegebene Gestalt, so daß die auf die Lichtempfangsbereiche 12 und 14 einfallende Lichtmenge im Vergleich zu der auf die Lichtempfangsbereiche 11 und 13 einfallenden Lichtmenge relativ vergrößert ist. Deshalb kann aus der Differenz zwischen dem Summensignal der Lichtempfangsbereiche 11 sowie 13 und dem Summensignal der Lichtempfangsbereiche 12 sowie 14 ein Fokusfehlersignal (eine sog. S-Kurve) erhalten werden. In einem optischen Datenaufzeichnungs-/-wiedergabegerät wird die Objektivlinse 5 längs ihrer optischen Achse auf der Grundlage des Fokusfehlersignals bewegt, womit die Scharfeinstellung bewerkstelligt wird.

Die Fig. 5 dient der Erläuterung des Prinzips der Erzeugung eines Astigmatismus durch das Prisma. Es wird ein Fall betrachtet, wobei ein kleiner, von einem Punkt O ausgehender Lichtstrahl an den Punkten P und Q auf der Prismenfläche in Fig. 5 gebrochen wird. Wenn (virtuelle) Konvergenzpunkte der am Punkt Q gebrochenen tangentialen und sagittalen Lichtstrahlen durch Q′m und Q′s gegeben sind, wenn = P 1 und = d sind, dann kann ein Astigmatismus Δ P′ durch die folgende Beziehung (1) ausgedrückt werden:

Hierin sind n′ ein Brechungsindex des Prismas, i ₁ und i _1′, ein Einfallswinkel und ein Brechungswinkel am Punkt P sowie i ₂ und i _2′, ein Einfallswinkel und ein Brechungswinkel am Punkt Q. Eine Fokusermittlungsempfindlichkeit bei der oben erwähnten Vorrichtung kann durch die Beziehung (1) und eine Vergrößerung des optischen Systems bestimmt werden.

Die Fig. 6 zeigt schematisch eine Darstellung über das Verhalten des auf das bei der ersten Ausführungsform verwendete Prisma 3 einfallenden Lichtstrahls. Von einem Punkt O ausgehendes Licht pflanzt sich durch die Punkte P, R, Q und S fort. In diesem Fall ist ein durch eine Ebene T, die im wesentlichen zu einer auf die Fläche des Datenträgers einfallenden optischen Achse parallel ist, und dem Lichtstrahl gebildeter Winkel R von Bedeutung in bezug auf die Auslegung des optischen Systems. Wenn dieser Winkel R auf im wesentlichen 0° festgesetzt wird, kann die Anordnung der Vorrichtung und die Herstellung der jeweiligen mechanischen Teile vereinfacht werden. Wenngleich eine ins einzelne gehende Methode zur Ableitung einer Beziehung weggelassen wird, so kann der Winkel R wie folgt durch die jeweils in Fig. 6 gezeigten Werte ausgedrückt werden:

R = i _3′ + ρ ₂ (2)

Hierin ist i _3′ auf den Brechungsindex n′ des Prismas, den Einfallswinkel i ₁ am Punkt P und die Winkel ρ ₁ und ρ ₂ des Prismas auf der Basis des Brechungsgesetzes von Snell bezogen und kann auf einfache Weise berechnet werden.

Mit einer Auslegung nach der oben beschriebenen Methode kann eine kompakte, Fokus-Ermittlungsvorrichtung mit niedrigen Kosten gefertigt werden.

Die Helligkeit einer an der Fläche der Detektorvorrichtung durch das Prisma der ersten Ausführungsform erzeugten Abbildung wird im folgenden erläutert. Bei der obigen Ausführungsform fallen durch das Prisma divergierte oder konvergierte Lichtstrahlen auf die Fläche der Detektorvorrichtung ein. Wenn die Divergenz- und Konvergenzwinkel groß sind, werden die Unterschiede zwischen dem Durchlaßgrad und dem Reflexionsgrad einer linear polarisierten Lichtkomponente mit Bezug auf die jeweiligen Flächen des Prismas groß, d. h., sie weisen eine Winkelcharakteristik auf. Wenn die Polarisationsebene des Lichtstrahls von der Lichtquelle mit Bezug zu einer tangentialen Fläche um etwa 45° geneigt wird, so daß S- und P-polarisierte Lichtkomponenten mit Bezug auf die Einfallsfläche des Lichtstrahls ausgeglichen sind, können somit ein mittlerer Durchlaßgrad und ein mittlerer Reflexionsgrad der S- und P-polarisierten Lichtkomponenten mit Bezug auf eine Änderung im Einfallswinkel des Lichtstrahls im wesentlichen konstantgehalten werden. Das wird im folgenden erläutert.

Die Fig. 7 zeigt Polarisationscharakteristika der ersten Fläche 3 a des bei der ersten Ausführungsform zur Anwendung gelangenden Prismas, d. h. einer Fläche zur Reflexion eines Lichtstrahls von der Lichtquelle und zu dessen Lenkung zum Kollimatorobjektiv 4. In Fig. 7 geben drei gestrichelte Linien oberhalb eines mittleren Durchlaßgrades TA Durchlaßgrade von P-polarisiertem Licht und drei ausgezogene Linien unter TA die Durchlaßgrade von S-polarisiertem Licht an. Drei gestrichelte Linien unterhalb eines mittleren Reflexionsgrades RA geben die Reflexionsgrade von P-polarisiertem Licht und drei ausgezogene Linien über RA gegen diejenigen von S-polarisiertem Licht an.

Im einzelnen geben die Kurvensätze 21 a-21 d, 22 a-22 d und 23 a-23 d jeweils die Durchlaß- und Reflexionsgrade der P- und S-polarisierten Lichtkomponente an, wenn die Einfallswinkel auf die erste Fläche des Prismas mit 35° bzw. 45° bzw. 55° festgesetzt werden. Wie der Fig. 7 zu entnehmen ist, unterscheiden sich der Durchlaß- und Reflexionsgrad auf Grund ihrer Winkelcharakteristika, wenn nur die P- oder S-polarisierte Lichtkomponente mit Bezug auf die erste Fläche verwendet wird. Wenn man den von der ersten Fläche reflektierten Lichtstrahl in Betracht zieht, so unterscheidet sich deshalb seine Helligkeit oberhalb und unterhalb einer Sagittalebene des Lichtstrahls in Übereinstimmung mit dem Einfallswinkel. Da diese Erscheinung an den jeweiligen Flächen des Prismas auftritt, wird ein unnötiges Abstufungsmuster auf einer Detektor- oder Fühlerfläche erzeugt, womit die Fokusermittlung nachteilig beeinflußt wird. Wenn die Polarisationsebene des Lichtstrahls von der Lichtquelle um etwa 45° mit Bezug zur Sagittalebene geneigt wird, so können aus diesem Grund die S- und P-polarisierten Lichtkomponenten im wesentlichen ausgeglichen und die Winkelcharakteristika beseitigt werden, wie durch TA und RA angegeben ist, womit ein gutes Fokusfehlersignal erhalten wird.

Wenn an der Reflexions- oder Transmissionsfläche bei der obigen Ausführungsform eine optische Dünnschicht ausgebildet wird, dann können Änderungen im Durchlaß- und Reflexionsgrad mit Bezug auf eine Änderung im Einfallswinkel des Lichtstrahls selbstverständlich vermindert werden.

Im folgenden wird auf das Verhältnis der zur Lichtquelle zurückkehrenden Lichtmenge eingegangen. Es wird ein Verhältnis der Menge des zur Lichtquelle über das Kollimatorobjektiv, die Objektivlinse und den Datenträger zurückkehrenden Lichts in Betracht gezogen, wenn der Brechungsindex der ersten Fläche des zur obigen Ausführungsform beschriebenen Prismas durch R gegeben ist. Wenn die von der Lichtquelle ausgesandte Lichtmenge mit 100 und der Durchlaßgrad von optischen Elementen außer der ersten Fläche des Prismas längs eines von der Lichtquelle zum Datenträger und dorthin zurückkehrenden Strahlenganges durch T gegeben ist, dann kann das Verhältnis der zur Lichtquelle zurückkehrenden Lichtmenge durch 100 · T · R2 (%) ausgedrückt werden. Wenn ein Halbleiterlaser als Lichtquelle verwendet wird, dann besteht zwischen der Menge des zurückkehrenden Lichts und einem Halbleiterlaser-Rauschanteil eine Wechselbeziehung. Wird der Brechungsindex R der ersten Fläche 3 a des Prismas mit dem Verhältnis in der zurückkehrenden Lichtmenge von 100 · T · R2 (%) in geeigneter Weise eingeregelt, dann ändert sich das Verhältnis der zum Halbleiterlaser zurückkehrenden Lichtmenge, womit der Halbleiterlaser-Rauschanteil vermindert wird.

Die Fig. 8 zeigt eine zweite Ausführungsform, wobei zu Fig. 3 gleiche Teile mit denselben Bezugszahlen bezeichnet sind und deshalb deren Beschreibung unterbleibt. Bei dieser Ausführungsform wird ein Viertelwellenlängenplättchen (λ /4-Plättchen) 30 zwischen einem Kollimatorobjektiv 4 sowie einer Objektivlinse 5 angeordnet und eine optische Dünnschicht mit Polarisationscharakteristika an einer ersten Fläche 3 a des Prismas 3 ausgebildet. Die erste Fläche 3 a zeigt die in Fig. 9 dargestellten Polarisationscharakteristika. Die erste Fläche 3 a bringt mit Bezug auf P-polarisiertes Licht einen Durchlaßgrad von nahezu 100% hervor, wie durch TP angegeben ist, und nahezu 100% des S-polarisierten Lichts wird ohne eine Übertragung durch diese Fläche reflektiert. Mit TA ist ein mittlerer Durchlaßgrad angegeben.

Wenn in Fig. 8 ein Strahlenbündel 2 von einer Lichtquelle 1 auf S-polarisiertes Licht eingestellt wird, dann wird das Strahlenbündel 2 zum größten Teil durch die erste Fläche 3 a reflektiert und durch das λ /4-Plättchen 30 in rechts zirkular polarisiertes Licht umgewandelt, das dann auf den Datenträger 6 einfällt. Vom Datenträger 6 reflektiertes, zurückkehrendes Licht ist links zirkular polarisiertes Licht und tritt wieder als P-polarisiertes Licht aus dem λ /4- Plättchen 30 aus. Dann tritt das Licht durch die erste Fläche 3 a des Prismas 3 ein und wird zur Detektorvorrichtung 7 geführt. Bei der obigen Anordnung kann das zur Lichtquelle 1 zurückkehrende Licht eliminiert werden, so daß eine Aussonderung oder ein Isolator gebildet wird, und die auf die Detektorvorrichtung 7 einfallende Lichtmenge kann erhöht werden, um die Energieleistung zu steigern.

Wenn durch Leiten einer vorgegebenen Menge von reflektriertem Licht zur Lichtquelle ein Rauschpegel vermindert werden kann, wie oben beschrieben wurde, kann die Kristallachsenrichtung des λ /4-Plättchens 30 in geeigneter Weise gedreht werden, um die Menge an zurückkehrendem Licht einzuregeln.

Die in Fig. 10 gezeigte dritte Ausführungsform ist der ersten Ausführungsform im wesentlichen gleich mit der Ausnahme, daß das Prisma 3 von Fig. 3 durch ein Prisma 33 mit unterschiedlicher Gestalt ersetzt worden ist. In Fig. 10 sind zu Fig. 3 gleiche Teile mit denselben Bezugszahlen bezeichnet und eine nähere Erläuterung unterbleibt deshalb.

Ein auf eine erste Fläche 33 a des Prismas 33 einfallendes, reflektiertes Strahlenbündel 10 wird durch eine an einer inneren Reflexionsfläche 33 b ausgebildeten Reflexionsschicht reflektiert, wird durch die erste Fläche 33 a total reflektiert tritt dann an einer zweiten Fläche 33 c aus und wird zur Detektorvorrichtung 7 geführt. Wenn bei dieser Ausführungsform das reflektierte Strahlenbündel 10 durch die inneren Flächen des Prismas 33 zweimal reflektiert wird, dann kann die Länge eines Strahlenganges innerhalb des Prismas 33 verlängert und ein Abstand zwischen dem Prisma 33 sowie der Detektorvorrichtung 7 im Vergleich zur ersten Ausführungsform verkürzt werden, womit eine Vorrichtung mit noch kompakterer Bauart erreicht wird. Da bei dieser Ausführungsform ein von der Lichtquelle 1 ausgesandtes Strahlenbündel 2 zu dem vom Prisma 33 austretenden Strahlenbündel 10 im wesentlichen parallel eingestellt werden kann, kann die optische Justierung vereinfacht wer den.

Die Fig. 11 zeigt schematisch das Verhalten eines in das Prisma 33 der dritten Ausführungsform einfallenden Lichtstrahls. In diesem Fall kann eine einen Einfallspunkt P einschließende Ebene im wesentlichen zu der eine Abbildung Q′ an einem Austrittspunkt Q einschließenden Ebene parallel sein. Wenn die beiden Ebenen in dieser Weise bestimmt werden, kann durch ein einfaches Element, d. h. ein Prisma, die gleiche Wirkung wie diejenige von planparallelen Platten erhalten und die Anzahl der Teile in dem optischen System vermindert werden. Weil unter den obigen Bedingungen i ₁ = i _2′, und i _1′ = i ₂ in Fig. 11 ist, wird die rechte Seite der Beziehung (1) zu Null, und wenn der Abstand zwischen den planparallelen Platten durch d₀ gegeben ist, dann kann der Astigmatismus durch die folgende Beziehung (3) ausgedrückt werden:

Diese Beziehung gibt den durch die planparallelen Platten hervorgerufenen Astigmatismus wieder.

Bei der dritten Ausführungsform kann eine Fokusermittlung in Übereinstimmung mit dem gleichen Prinzip wie bei der ersten Ausführungsform durchgeführt werden. Die Einstellung der mit Bezug auf Fig. 7 beschriebenen Polarisationsrichtung kann bei dieser Ausführungsform in gleichartiger Weise angewendet werden.

Bei der in Fig. 12 gezeigten vierten Ausführungsform wird zu der in Fig. 10 gezeigten Vorrichtung ein λ /4-Plättchen 30 hinzugefügt. Zu Fig. 10 gleiche Bezugszahlen in Fig. 12 bezeichnen dieselben Teile, so daß deren Beschreibung unterbleibt.

Eine die in Fig. 9 gezeigten Polarisationscharakteristika aufweisende optische Dünnschicht wird an einer ersten Fläche 33 a des Prismas 33 ausgebildet. Da eine mittels der ersten Fläche 33 a und des λ /4-Plättchens 30 erhaltene Aussonderungs- oder Isolierfunktion die gleiche ist wie bei der zweiten Ausführungsform, kann auch deren nähere Erläuterung unterbleiben. Bei dieser Ausführungsform von Fig. 12 kann eine Fokusermittlung in der gleichen Weise wie bei den vorherigen Ausführungsformen bewirkt werden.

Eine Ausführungsform, bei der zwischen einem Prisma und einer Ermittlungseinrichtung eine optische Einrichtung zur Korrektur einer Aberration neben einem von einem Prisma erzeugten Astigmatismus angeordnet ist, wird im folgenden erläutert.

Bei der in Fig. 13 gezeigten fünften Ausführungsform sind zu Fig. 3 gleiche Teile mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, so daß deren Erläuterung unterbleibt. Der Unterschied zwischen der fünften und der ersten Ausführungsform besteht darin, daß zwischen einem Prisma 3 und einer Detektorvorrichtung 7 eine konkave Linse 55 angeordnet ist, deren Funktion nachstehend erläutert wird.

Die Konkavlinse 55 ist so angeordnet, daß ihre optische Achse zu derjenigen des reflektierten Strahlenbündels 10 um eine vorbestimmte Strecke versetzt ist, so daß im Strahlenbündel 10 eine Koma erzeugt wird. Wie beschrieben worden ist, weist das Strahlenbündel 10 infolge des Prismas 3 die Koma zusätzlich zum Astigmatismus auf. Bei dieser Ausführungsform wird die vom Prisma 3 hervorgerufene Koma durch die von der Konkavlinse 55 erzeugte Koma aufgehoben, wobei außer dem Astigmatismus die Aberration korrigiert wird. Durch diese Ausbildung kann der Lichtpunkt an der Detektorvorrichtung 7 bei dieser Ausführungsform eine kreisförmige oder elliptische Gestalt haben, wie in Fig. 4 gezeigt ist, und von der Detektorvorrichtung kann ein genaues Fokusermittlungssignal erhalten werden.

Wenn eine Linse exzentrisch angeordnet ist, wird in der negativen Richtung eine Koma erzeugt. Wenn ein Lichtstrahl unter einem stumpfen Winkel mit Bezug zum Scheitelwinkel des Prismas einfällt, wie die Fig. 14 zeigt, wird eine Koma in der positiven Richtung erzeugt. Deshalb können die von der Linse sowie die vom Prisma erzeugte Koma korrigiert werden. Gemäß Fig. 14 sind eine Eintrittspupillenebene 51, eine Hauptebene 52 und eine Objektebene 53 zu einer Bezugsachse 54 rechtwinklig. Die Konkavlinse 55 ändert die Längsvergrößerung, um einen Lichtempfangsbereich einzustellen.

Die mit Bezug auf Fig. 7 zur ersten Ausführungsform gegebene Erläuterung der Polarisationsebene eines auf ein Prisma einfallenden Lichtstrahls und des Verhältnisses des zur Lichtquelle zurückkehrenden Lichts können auch für diese Ausführungsform Geltung haben.

Bei der in Fig. 15 gezeigten sechsten Ausführungsform wurde zu der Anordnung nach der zweiten Ausführungsform (Fig. 8) eine Konkavlinse 55 hinzugefügt. Zu Fig. 8 gleiche Bezugszahlen in Fig. 15 kennzeichnen gleiche Teile, so daß deren Beschreibung unterbleiben kann. Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform ist dieselbe wie diejenige der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform. Die Konkavlinse 55 ist in gleicher Weise zwischen einem Prisma 3 und einer Detektorvorrichtung 7 angeordnet und erfüllt die gleiche Funktion, wie sie zur fünften Ausführungsform beschrieben wurde.

Bei der in Fig. 16 gezeigten siebenten Ausführungsform wurde zu der Anordnung entsprechend der dritten Ausführungsform (Fig. 10) eine Konkavlinse 55 hinzugefügt. Im übrigen bezeichnen zu Fig. 10 gleiche Bezugszahlen in Fig. 16 dieselben Teile, so daß deren Beschreibung unterbleiben kann. Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform ist die gleiche wie diejenige bei der bereits beschriebenen dritten Ausführungsform. Die Konkavlinse 55 ist ebenfalls zwischen einem Prisma 33 und einer Detektorvorrichtung 7 angeordnet, wobei sie dieselbe Funktion, wie zur fünften Ausführungsform beschrieben wurde, erfüllt.

Bei der achten Ausführungsform, die in Fig. 17 gezeigt ist, wurde der Anordnung gemäß der vierten Ausführungsform (Fig. 12) eine Konkavlinse 55 zugefügt. Zu Fig. 12 gleiche Teile sind in Fig. 17 mit denselben Bezugszahlen bezeichnet. Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform ist die gleiche wie diejenige der dritten Ausführungsform. Die Konkavlinse 55 ist wiederum zwischen einem Prisma 33 und einer Detektorvorrichtung 7 angeordnet, wobei sie dieselbe Funktion, wie zur fünften Ausführungsform beschrieben wurde, erfüllt.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, und es sind verschiedenartige Anwendungen möglich. Beispielsweise können das Kollimatorobjektiv und die Objektivlinse von einem geformten Objektiv, von einem holografischen Objektiv, von einem Objektiv der Brechungsindexverteilungsbauart oder von einer Planplatten- Mikrolinse gebildet sein. Das Kollimatorobjektiv und die Objektivlinse können in einen einzelnen Tubus eingesetzt sein oder das optische System kann durch die optischen Elemente gebildet sein. Mit dieser Anordnung kann im Vergleich zu einem üblicherweise verwendeten Objektiv, das in einen Tubus eingebaut ist, die Anzahl der Teile vermindert und ein optisches System, das kompakt ist und mit niedrigen Kosten zu fertigen ist, verwirklicht werden.

Wenn der Erfindungsgegenstand bei einem optischen Datenaufzeichnungs-/ -wiedergabegerät zur Anwendung kommt, um den Lichtstrahl längs der Spur des Datenträgers zu führen, kann zwischen die Lichtquelle und das Prisma ein Gitter eingesetzt werden, um mit Hilfe einer bekannten Technik (sog. Dreistrahltechnik) eine Nachführsteuerung durchzuführen. Der Erfindungsgegenstand kann mit anderen Nachführtechniken, z. B. einer Pupillenebene-Gegentakttechnik oder einer Überlagerungstechnik kombiniert werden.

Bei den fünften bis achten Ausführungsformen, die oben beschrieben wurden, wird, um die Koma zu korrigieren, eine Linse, die längs einer zur optischen Achse rechtwinkligen Richtung parallel bewegt wird, eingesetzt. Gleicherweise kann die Linse, deren optische Achse geneigt ist, eingesetzt werden. Anstelle einer üblichen Linse kann eine holografische oder eine Linse der Brechungsindexverteilungsbauart verwendet werden.

Claims

1. Fokus-Ermittlungsvorrichtung, mit
einem optischen Element, das eine erste Fläche, an der ein von einer Lichtquelle abgegebenes Strahlenbündel reflektiert und auf ein Objekt gerichtet sowie auf diesem fokussiert wird, und eine zweite Fläche aufweist, aus der das am Objekt reflektierte Strahlenbündel nach Durchtritt durch die erste Fläche unter Erzeugung eines Astigmatismus austritt, und
einer Detektorvorrichtung, die das von der zweiten Fläche austretende Strahlenbündel empfängt und aus dem Astigmatismus des Strahlenbündels den Fokussierzustand ermittelt,
dadurch gekennzeichnet,
daß das optische Element ein Prisma (33) ist,
daß die Detektorvorrichtung (7) bezüglich des Prismas (33) der Lichtquelle (1) gegenüberliegend angeordnet ist,
daß das vom Objekt (6) reflektierte Strahlenbündel (10) nach Durchtritt durch die erste Fläche (33 a) an zumindest einer inneren Reflexionsfläche (33 b) des Prismas (33) re flektiert wird und
daß die erste Fläche (33 a) relativ zur zweiten Fläche (33 c) des Prismas (33) derart angeordnet ist, daß die erste Fläche (33 a) parallel zu einem Bild der zweiten Fläche (33 c) verläuft, das durch ein virtuelles Umklappen des Prismas (33) um die zumindest eine innere Reflexionsfläche (33 b) erhalten wird.

2. Fokus-Ermittlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das an der ersten Fläche (33 a) reflektierte Strahlenbündel mittels einer Objektivlinse (5) auf dem Objekt (6) fokussierbar ist.

3. Fokus-Ermittlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse des Strahlenbündels, das von der Lichtquelle (1) ausgeht und an der ersten Fläche (33 a) auf das Prisma (33) auftritt, im wesentlichen parallel zu der optischen Achse des Strahlenbündels verläuft, das an der zweiten Fläche (33 c) aus dem Prisma (33) austritt.

4. Fokus-Ermittlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Prisma (33) und dem Objekt (6) ein λ/4-Plättchen (30) angeordnet ist, daß die Lichtquelle (1) ein in einer vorbestimmten Richtung linear polarisiertes Licht abgibt und daß die erste Fläche (33 a) des Prismas (33) das von der Lichtquelle (1) abgegebene polarisierte Licht im wesentlichen reflektiert und ein rechtwinklig dazu polarisiertes Licht im wesentlichen durchläßt.

5. Fokus-Ermittlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) ein Licht aussendet, dessen Polarisationsrichtung unter einem Winkel von etwa 45° relativ zu einer Tangentialebene geneigt ist.

6. Fokus-Ermittlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorvorrichtung (7) eine Lichtempfangsfläche aufweist, die mittels zweier, rechtwinklig zueinander verlaufenden Linien in vier Licht empfangsbereiche (11, 12, 13, 14) unterteilt ist.

7. Fokus-Ermittlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) ein Halbleiterlaser ist.

8. Fokus-Ermittlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang zwischen der zweiten Fläche (33 c) des Prismas (33) und der Detektor vorrichtung (7) eine Vorrichtung zum Korrigieren der von dem Prisma (33) erzeugten Koma angeordnet ist.