-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Astigmatismus
erzeugende Einrichtung, die in einer optischen
Aufnahmeeinrichtung oder ähnlichem in einem optischen
Videoplattenspieler oder einem CD Spieler zu verwenden ist, und
insbesondere eine solche Astigmatismus erzeugende Einrichtung,
die den Wirkungsgrad bei der Verwendung des Lichts durch
eine Verringerung des Verlusts der Lichtmenge verstärken
kann.
-
Eine herkömmliche, Astigmatismus erzeugende Einrichtung ist
in der Official Gazette Nr. 58316-1988 für das offengelegte
Gebrauchsmuster (Anmeldungs-Nr. 151736-1986, und deasUS-
Patent Nr. 4,805,992 geoffenbart, und die darin
vorgeschlagene Einrichtung, ist in Fig. 6 gezeigt. In der Figur ist
gezeigt, daß die bestehende Astigmatismus erzeugende
Einrichtung 1 aus einer ersten Ebene 11, die das divergente
Licht reflektiert, das von der Lichtquelle 2 auf die Platte
4 ausgesendet ist, und auch das Einfallslicht erhält, das
von der Platte 4 reflektiert worden ist, einer zweiten Ebene
12, die parallel zu der ersten Ebene 11 gebildet ist und das
durch die erste Ebene 11 hindurchgegangene Licht abstrahlt,
und einer dritten Ebene 13 zusammengesetzt ist, die unter
einem vorbestimmten Neigungswinkel α, der von der ersten
Ebene 11 aus gemessen wird, gebildet ist und das Licht
reflektiert, das von der ersten Ebene 11, die oben erwähnt
worden ist, in Richtung zu der zweiten Ebene 12 reflektiert,
wobei die einen Astigmatismus erzeugende Einrichtung 1 somit
eine Konstruktion aufweist, die das Licht von der zweiten
Ebene 12, die oben erwähnt worden ist, zu dem
Lichtempfangselement 5 abstrahlt.
-
Der vorbestimmte Winkel α der dritten Ebene 13, die oben
erwähnt worden ist, wird auf eine solche Weise eingestellt,
daß die Komaaberration des Lichts, das von der zweiten Ebene
12 abgestrahlt wird, ungefähr null wird, und insbesondere
wird der Winkel α auf der Grundlage der Beziehung
festgelegt, die durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt wird:
-
α = 90º - (β&sub0;/ 2) .... (1)
-
worin β&sub0; den Winkel des vertikalen Winkels β darstellt, bei
dem die Komaberration in einer einen Astigmatismus
erzeugenden Einrichtung genau null wird, die eine keilförmige,
flache Platte verwendet, deren vertikaler Winkel der zwei
Ebenen ausgedrückt wird als β.
-
Die herkömmliche Einrichtung, der die oben beschriebene
Konstruktion zugrunde liegt, kann nur Astigmatismus
erzeugen, ohne irgendwelche Koinaaberration zu erzeugen, da der
vorbestimmte Winkel α, unter dem die dritte Platte 13
geneigt ist, eingestellt ist, wie es oben beschrieben worden
ist.
-
Die bestehende einen Astigmatismus erzeugende Einrichtung
ist, wie oben beschrieben, aufgebaut, und infolgedessen
stellte die Einrichtung eine Schwierigkeit dahingehend dar,
daß der Wirkungsgrad bei der Verwendung des Lichts als
Ergebnis der Verschlechterung des Lichtdurchlaßwirkungsgrads
der zweiten Ebene 12 verschlechtert wird, da ein Teil des
Lichts, das auf die dritte Ebene 13 reflektiert wird, erneut
von der zweiten Ebene 12 reflektiert wird. Ferner wird
Licht, das von der zweiten Ebene 12, die oben erwähnt worden
ist, reflektiert wird, in Streulicht umgewandelt, was
ungünstige Ergebnisse bewirkt, wie eine Verschlechterung der
Genauigkeit der Signalwiedergabe durch das
Lichtempfangselement 5.
-
Um eine Verbesserung bei dem Lichtdurchlaßwirkungsgrad der
zweiten Ebene 12, die oben erwähnt worden ist, zu bewirken,
ist herkömmlicherweise vorgeschlagen worden, eine
Konstruktion der Einrichtung zu bilden, die nahezu vollständig das
Licht, das an der zweiten Ebene 12 reflektiert worden ist,
durch die Wirkung von Vergütungsbeschichtungen hindurchläßt,
die aus Magnesiumfluorid, usw. mit unterschiedlichen
Brechungsindizes gebildet sind und auf der zweiten Ebene 12
aufgebracht sind. Ein solches Vorgehen jedoch stellt eine
Schwierigkeit dahingehend dar, daß das Aufbringen solcher
Vergütungsschichten eine erhöhte Komplexität der
Einrichtungskonstruktion ergibt und somit aufwendigerere
Herstellungsverfahren usw. verlangt.
-
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben
erwähnten Schwierigkeiten zu überwinden, und die Zielsetzung
dieser Erfindung besteht darin, eine einen Astigmatismus
erzeugende Einrichtung anzugeben, die eine günstige
Wiedergabe von Signalen mit einer einfachen Konstruktion ausführen
kann, wobei der Wirkungsgrad bei der Verwendung des Lichts
durch Verbesserung des Lichtdurchlaßwirkungsgrads in Größen
der Abstrahlung verbessert wird, und auch die ungünstigen
Wirkungen von Streulicht verhindert werden, das sich durch
Reflexion an einer Oberfläche der Einrichtung ergibt.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird geschaffen eine
optische Einrichtung umfassend eine einen Astigmatismus
erzeugende Einrichtung in einer Blockform, die eine erste Ebene
für den Lichteinfall, eine zweite Ebene, die parallel zu der
ersten ist und Licht von der Einrichtung abstrahlt, und eine
dritte Ebene zum Reflektieren von Licht von der ersten Ebene
auf die zweite Ebene aufweist, wobei die dritte Ebene mit
einem Neigungswinkel in bezug auf eine Ebene senkrecht zu
der ersten Ebene so angeordnet ist, daß die Komaaberration
des Lichts, das von der zweiten Ebene ausgesendet wird, im
wesentlichen null ist, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Ebene so angeordnet ist, daß sie auf sie
einfallendes
Licht unter einem solchen Winkel reflektiert, daß das
auf die zweite Ebene einfallende Licht unter dem
Brewster'sche Polarisationswinkel so reflektiert wird, daß das
reflektierte Licht nahezu linear polarisiert ist, wobei die
elektrische Feldpolarisation parallel zu der Einfallsebene
auf der genannten zweiten Ebene ist.
-
Daher kann die einen Astigmatismus erzeugende Einrichtung
vollständig die Reflexion von Licht an der zweiten Ebene
ausschließen, wodurch es möglich gemacht wird, den
Wirkungsgrad beim Lichtdurchgang an der abstrahlenden Ebene zu
verbessern und somit den ungünstigen Einfluß des Streulichts,
das durch Reflexion hervorgerufen wird, auf die
Signalwiedergabe zu verhindern.
-
In den beigefügten Zeichnungen:
-
Fig. 1 stellt eine schematische Konstruktionszeichnung
einer einen Astigmatismus erzeugenden Einrichtung
gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dar;
-
Fig. 2 zeigt die Konstruktion der Einrichtung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie
sie bei einer optischen Aufnehmereinheit
angewendet wird;
-
Fig. 3 zeigt den Verlauf des Astigmatismus und denjenigen
der Komaaberration der Einrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung.
-
Fig. 4(a), (b) und (c)
stellen jeweils die erhaltenen Lichtflecke dar.
-
Fig. 5 stellt den Verlauf des Fokussierungsfehlersignals
bei einem Lichtempfangselement dar; und
-
Fig. 6 stellte eine schematische Konstruktionszeichnung
einer herkömmlichen einen Astigmatismus
erzeugenden Einrichtung dar.
-
Im folgenden wird eine Beschreibung eines bevorzugten
Beispiels einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
gegeben, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Wie es in der Figur
gezeigt ist, ist die einen Astigmatismus erzeugende
Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer ersten
Ebene 11, die den Lichteinfall erzeugt, einer zweiten Ebene
12, die parallel zu der ersten Ebene 11 gebildet ist und das
Licht abstrahlt, und einer dritten Ebene 13 versehen, die
mit einer Neigung unter einem vorbestimmten Winkel in
Richtung zu der Ebene gebildet ist, die senkrecht zu der oben
erwähnten, ersten Ebene 11 ist, und das darauf von der
ersten Ebene 11 einfallende Licht zur Totalreflexion des
genannten Lichts in Richtung zu der zweiten Ebene 12 lenkt,
wie es bei der oben erwähnten (Fig. 6) herkömmlichen
Einrichtung der Fall ist.
-
Ferner hat zusätzlich zu der Konstruktion der herkömmlichen
Einrichtung, die oben beschrieben worden ist, die bei dem
vorliegenden Beispiel der bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Einrichtung eine
Konstruktion, durch die die Einrichtung den Lichteinfall auf
der ersten Ebene 11, die oben erwähnt worden ist, unter
einem solchen Einfallswinkel i&sub1; erhält, daß der
Strahlungswinkel r&sub2; des Lichts, das an der zweiten Ebene 12, die oben
erwähnt worden ist, abgestrahlt wird, einen
Polarisationswinkel annimmt und auch eine ungefähr lineare Polarisation
des einfallenden Lichts in einer solchen Weise ausführt, daß
der elektrische Feldvektor des linear polarisierten Lichts
parallel zu der Einfallsebene ist (die die Ebene ist, die
die normale Linie und die optische Achse der Grenzebene
einschließt, und dies gilt entsprechend bei der
Einfallsebene, die unten verwendet wird).
-
Der Einfallswinkel des auf die oben erwähnte, erste Ebene 11
auffallenden Lichts, verlangt die Beziehung, die durch die
folgende Gleichung (2) ausgedrückt ist:
-
worin n den Brechungsindex des Mediums darstellt, aus dem
die Einrichtung 1 bei dieser bevorzugten Ausführungsform
gebildet ist, und den vorbestimmten Winkel bezeichnet, der
durch die Gleichung (1) bestimmt wird, die in bezug auf die
herkömmliche Einrichtung erläutert worden ist, und den die
dritte Ebene 13 in bezug auf die Ebene einnimmt, die
senkrecht zu der ersten Ebene 11 ist.
-
Als nächstes folgt die Ableitung der Gleichung (2), die den
Einfallswinkel i&sub1;, der oben erwähnt worden ist, ausdrückt,
wie folgt:
-
Als erstes wird die Beziehung zwischen dem Einfallswinkel i&sub1;
und dem Abstrahlungswinkel r&sub2; erhalten.
-
An dem Punkt P&sub1; wird die folgende Gleichung aufgestellt:
-
sin i&sub1; = n sin r&sub1; ... (3)
-
An dem Punkt P&sub2; werden die folgenden Gleichungen aufgestellt:
-
θ = r&sub1; + α&sub1; ; i&sub2;= r&sub1; + 2α&sub1; ... (4)
-
An dem Punkt P&sub3; wird die folgende Gleichung aufgestellt:
-
n sin i&sub2; = sin r&sub2; ... (5)
-
Aus den Gleichungen (3), (4) und (5) wird die folgende
Gleichung abgeleitet:
-
r&sub2; = sin&supmin;¹ (n sin r&sub1; cos 2α&sub1; ... (6)
-
Hier werden cos 2α&sub1; = 1 und sin 2α&sub1; = 2α&sub1; durch Annäherung
mit α&sub1; « 1 erhalten, und die folgende Gleichung wird
erhalten:
-
Um ferner den Abstrahlungswinkel r&sub2; auf den
Polarisationswinkel in der Beziehung zu setzen, der in der oben angegebenen
Gleichung (7) ausgedrückt worden ist, wird die Beziehung,
die in den folgenden Gleichungen ausgedrückt ist, durch
Anwenden des Brewster Gesetzes auf den Punkt P&sub3; verlangt.
-
tan r&sub2; = n
-
(r&sub2; = tan&supmin;¹n) ... (8)
-
Das heißt, wenn diese Beziehung erfüllt wird, ist der
elektrische Feldvektor des bei dem Punkt P&sub3; einfallenden Lichts
parallel zu der Einfallsebene (die mit der Papieroberfläche
der Fig. 1 übereinstimmt), und der Durchlaßgrad des Lichts
erreicht 100%, wodurch das reflektierte Licht auf null
verringert wird.
-
Dann wird die folgende Gleichung aus den Gleichungen (7) und
(8), die oben angegeben sind, erhalten:
-
was gleich (nachfolgend) N wird.
-
Nun kann die Gleichung in (9) umgestellt werden, wie folgt:
-
(1 +
4α²&sub1;) sin²i&sub1; - 2N sin i&sub1; + N² - 4α²n² = 0 ... (10)
-
dann wird die Lösung der Gleichung (10) in bezug auf sin i&sub1;
gefunden, wie es im folgenden gezeigt wird:
-
Wenn somit der Teil unter der Quadratwurzel in Gleichung
(11) umgeordnet wird, kann die folgende Gleichung erhalten
werden:
-
Nun, da α&sub1; < 90º, kann α&sub1;² unberücksichtigt gelassen werden,
so daß:
-
Wenn nun α&sub1; und α&sub4; unberücksichtigt gelassen werden, wird die
folgende Gleichung abgeleitet:
-
sin i&sub1; ≈ N ± 2α&sub1;n [1 - (N/n)²] ... (15)
-
da N = sin (tan&supmin;¹n), wird schließlich die folgende Gleichung
erhalten:
-
sin i&sub1; = sin(tan&supmin;¹n) ± 2a&sub1;n [1-(sin(tan&supmin;¹n)/n)²]
-
Daher kann die Gleichung (2), die oben angegeben worden ist,
erhalten werden.
-
Wenn spezifische Zahlenwerte auf die Gleichung (2)
angewendet werden, das heißt α&sub1; = 1,2º = 0,0209 Radian, mit n = 1,5,
dann wird der Einfallswinkel i&sub1; gleich 62,2º (oder 51,2º).
-
Da ferner verlangt wird, daß der elektrische Feldvektor beim
einfallenden Licht parallel zu der Einfallsebene an dem oben
erwähnten Punkt P&sub3; ist, wird auch verlangt, daß das beim
Punkt P&sub1; auf der ersten Ebene 11 einfallende Licht nahezu
linear polarisiert ist und daß der elektrische Feldvektor
dieses linear polarisierten Lichts parallel zu der
Einfallsebene ist.
-
Als nächstes wird auf die Fig. 2 bis 4 zur Beschreibung der
Arbeitsweise Bezug genommen, die von der einen Astigmatismus
erzeugenden Einrichtung durchgeführt wird, die die
vorliegende Erfindung verkörpert und bei einer optischen
Aufnehmereinheit angewendet wird.
-
Zuerst wird linear polarisiertes Licht parallel zu der
Einfallsebene der ersten Ebene 11 unter dem Einfallswinkel i&sub1;
von der Lichtquelle 2 ausgestrahlt, und das Licht wird an
der genannten ersten Ebene 11 reflektiert, wobei es dadurch
zum Einfall auf die Objektlinse 3 gerichtet wird. Diese
Objektlinse 3 macht das linear polarisierte Licht, das oben
erwähnt worden ist, konvergent und strahlt das konvergente
Licht auf die Platte 4. Das linear polarisierte Licht wird
von der Platte 4 reflektiert und in einem konvergierenden
Lichtfluß erneut durch die Objektlinse umgewandelt und zu
seinem Einfall unter dem Einfallswinkel i&sub1; auf die erste
Ebene 11 in der Form eines elektrischen Feldvektors
übertragen, der parallel zu der Einfallsebene auf der ersten
Ebene 11 schwingt.
-
Das linear polarisierte Licht, das an dem Punkt P&sub1; auf der
ersten Ebene 11 gebrochen wird, wird zur Totalreflexion an
der dritten Ebene 13 zu seiner Strahlung in Richtung zu der
zweiten Ebene 12 gerichtet.
-
Das linear polarisierte Licht, das an der dritten Ebene 13
reflektiert worden ist, wird an dem Punkt P3 auf der zweiten
Ebene 12 gebrochen, und das derart gebrochene Licht wird
unter einem Brechungswinkel r&sub2; abgestrahlt.
-
Das linear polarisierte Licht, das von dieser zweiten Ebene
12 abgestrahlt wird, besitzt einen elektrischen Feldvektor,
der parallel zu der Einfallsebene gerichtet ist (das heißt
parallel zu der Papierebene der Fig. 1 und Fig. 2), wobei
sein Brechungswinkel r&sub2; der Polarisationswinkel ist. Deshalb
wird das Licht bei dem Durchlaßgrad von 100% abgestrahlt.
-
Ferner wird das linear polarisierte Licht, das von dieser
zweiten Ebene 12 abgestrahlt wird, fortgesendet, wobei die
Komaaberration bei null ist, da die dritte Ebene 13 mit
einer Neigung eines vorbestimmten Winkels α&sub1; in bezug auf die
Ebene senkrecht zu der ersten Ebene 11 und die zweite Ebene
12 eingestellt ist. Diese Beziehung ist in Fig. 3
dargestellt, und der vorbestimmte Winkel α&sub1;, bei dem die
Komaaberration null wird, wird auf dieser Grundlage eingestellt.
-
Das linear polarisierte Licht, das wie oben erwähnt
abgestrahlt
wird, wird so gerichtet, daß es auf das
Lichtempfangselement 5 auftrifft.
-
Es wird auch der Zustand des Astigmatismus, der mit der
Einrichtung 1 gemäß der bevorzugten Ausführungsform erzeugt
wird, unter Bezugnahme auf die Fig. 4(a) bis 4(c)
beschrieben. Die Form des Lichtflecks, der auf der Grundlage des
Astigmatismus gebildet wird, der durch die Einrichtung 1
gemäß der bevorzugten Ausführungsform erzeugt wird, ist in
dem Zustand ungefähr kreisförmig, in dem er in den
Brennpunkt konvergiert wird(wie es in Fig. 4(b) gezeigt ist, aber
die Form des Lichts wird ungefähr oval sein, wobei der
längere Durchmesser vertikal angeordnet ist (wie es in Fig.
4(a)) gezeigt ist, oder quer (wie es in Fig. 4(c)) gezeigt
ist, wenn das Licht zu nahe oder zu entfernt von der
Fokussierungsposition ist. Demgemäß ist es möglich, ein
Fokussierungsfehlersignal (in Fig. 5) zu erzeugen, indem das
Lichtempfangselement 5 in vier Sektoren unterteilt wird, wie es
beispielsweise in Fig. 4 gezeigt ist, und indem der
Unterschied zwischen den Summen des Ausgangs von dem Element
berechnet wird, wie er auf den diagonalen Linien bei einer
solchen Unterteilung gemessen wird.
-
Während das Beispiel der bevorzugten Ausführungsform, das
oben erwähnt worden ist, unter Bezugnahme auf eine optische
Aufnehmereinheit beschrieben worden ist, kann die genannte
Einrichtung so konstruiert werden, daß sie bei verschiedenen
Arten von optischen Signaleingabevorrichtungen oder
ähnlichem verwendet werden kann.
-
Obgleich auch das Beispiel der bevorzugten Ausführungsform,
die oben beschrieben worden ist, eine Konstruktion hat, die
die Totalreflexion des Lichts an der dritten Ebene erreicht,
ist es nicht notwendigerweise erforderlich, die
Totalreflexion des Lichts durchzuführen, und es ist möglich,
verschiedene Reflexionsgrade einzustellen, wie es in Beziehung auf
die erste Ebene und auf die zweite Ebene bestimmt wird.
-
Ferner ist das Beispiel der bevorzugten Ausführungsform, das
oben angegeben ist, mit einer Teilerspiegelkonstruktion an
ihrer ersten Ebene 11 versehen, aber es ist auch möglich,
Polarisationsbeschichtungen zu bilden und dadurch die
Funktion eines Strahlteilers zu schaffen.
-
Ferner ist das Beispiel der bevorzugten Ausführungsform, das
oben beschrieben worden ist, ein Beispiel, bei dem, um ein
Fokussierungsfehlersignal zu erzeugen, Astigmatismus erzeugt
wird. Jedoch bietet beispielsweise diese Erfindung ihre
günstige Anwendbarkeit auch auf die Entzerrung des
Astigmatismus beim Betrieb in dem Halbleiterlaser und auch bei der
Ausdehnung des Lichtflusses in einer Richtung in solchen
Vorrichtungen, wie Laserstrahldruckern.
-
Wie es oben beschrieben worden ist, bietet die vorliegende
Erfindung eine Konstruktion, durch die Licht, das von der
ersten Ebene einfällt, zu seinem Einfall unter einem solchen
Einfallswinkel auf die ersten Ebene gerichtet wird, wie der
Winkel der Strahlung von der zweiten Ebene eingestellt ist,
um einen Polarisationswinkel zu bilden, und wodurch das
einfallende Licht nahezu linear polarisiert in einer solchen
Weise ist, daß der elektrische Feldvektor des genannten
linear polarisierten Lichtes gerichtet ist, parallel zu der
Einfallsebene zu verlaufen, wobei es diese verdienstvollen
Merkmale der vorliegenden Erfindung möglich machen, die
Lichtreflexion vollständig auszuschließen, die sonst an der
zweiten Ebene auftritt, um den Durchlaßwirkungsgrad des
Lichts an der abstrahlenden Ebene zu verbessern, und den
ungünstigen Einfluß zu unterbinden, der sonst durch das
Streulicht ausgeübt wird, das sich aus einer solchen
Reflexion ergibt.
-
Ferner macht es die vorliegende Erfindung möglich, eine
Verbesserung beim Durchlaßwirkungsgrad des Lichts zu
erreichen, ohne irgendeine Beschichtung, wie einen
Vergütungsfilm, aufzubringen, und erzeugt deshalb den Vorteil, daß
eine günstige Wiedergabe von Signalen mit einer einfachen
Konstruktion erreicht wird.