DE69018353T2 - Astigmatismus-Generator. - Google Patents

Astigmatismus-Generator.

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Description

  • 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 &alpha;&sub1; < 90º, kann &alpha;&sub1;² unberücksichtigt gelassen werden, so daß:
  • Wenn nun &alpha;&sub1; und &alpha;&sub4; unberücksichtigt gelassen werden, wird die folgende Gleichung abgeleitet:
  • sin i&sub1; &asymp; N ± 2&alpha;&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 &alpha;&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 &alpha;&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 &alpha;&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.

Claims (5)

1. Eine optische Einrichtung umfassend eine einen Astigmatismus erzeugende Einrichtung (1) in einer Blockform, die eine erste Ebene (11) für den Lichteinfall, eine zweite Ebene (12), die parallel zu der ersten ist und Licht von der Einrichtung abstrahlt, und eine dritte Ebene (13) zum Reflektieren von Licht von der ersten Ebene auf die zweite Ebene aufweist, wobei die dritte Ebene mit einem Neigungswinkel &alpha;&sub1; in bezug auf eine Ebene senkrecht zu der ersten Ebene so angeordnet ist, daß die Komaaberration des Lichts, das von der zweiten Ebene (12) ausgesendet wird, im wesentlichen null ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ebene (11) so angeordnet ist, daß sie auf sie einfallendes Licht unter einem solchen Winkel reflektiert, daß das auf die zweite Ebene (12) 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.
2. Eine Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel i&sub1; des Lichts auf der ersten Ebene (11) durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird:
wo n der Brechungsindex des Mediums ist, aus dem die Einrichtung aufgebaut ist.
3. Eine Einrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, die ferner ein Lichtempfangselement (5) zum Empfangen des linear polarisierten Lichts von der zweiten Ebene (12) enthält.
4. Eine Einrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, in der das Licht von der ersten Ebene (11), das auf die dritte Ebene (13) auffällt, in Richtung zu der zweiten Ebene (12) total reflektiert wird.
5. Eine Einrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, in der das Licht von der ersten Ebene (11), das auf die dritte Ebene (13) auffällt, teilweise in Richtung zu der zweiten Ebene (12) reflektiert wird.
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