NL8400820A

NL8400820A - Optische kop.

Info

Publication number: NL8400820A
Application number: NL8400820A
Authority: NL
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co
Priority date: 1983-03-15
Filing date: 1984-03-15
Publication date: 1984-10-01
Also published as: JPS59167858A; US4650982A; DE3409565C2; DE3409565A1

Description

-1- 23824/JF/ts i 'ί <4 -

Korte aanduiding: Optische kop.

De uitvinding heeft betrekking op een optische kop voor het focus-seren van een lichtbundel 00 een licht-refleeterend oppervLak, onvattende 5 een orgaan voor het overdragen van de lichtbundel, een objectieflens, die de overgedragen lichtbundel omzet in een convergerende lichtbundel met een smal gedeelte, de lichtbundel op het licht-reflecterende oppervlak projecteert en de door het licht-reflecterende oppervlak gereflecteerde divergente lichtbundels convergeert, een orgaan voor het afhankelijk van de 10 afstand tussen de objectieflens en het licht-reflecterende oppervlak afbuigen van de van de objectieflens naar het lenssysteem gerichte lichtbundel, een orgaan voorhet convergerenovan de door het afbuigorgaan overgedragen lichtbundel in een convergentiepunt en een fotodetector met foto-gevoelige gebieden, waarop de geconvergeerde lichtbundel wordt geprojecteerd.

15 De onderhavige uitvinding betreft een optische kop voor het focus- seren van een lichtbundel voor het lezen van informatie op een informatie-registratieraedium, zoals een optische schijf en in het bijzonder op een verbetering in een fotodetector voor een optische kop voor het detecteren p van een defoeusseertoestand van een lichtbundel.

20 Recentelijk zijn verschillende optische informatieregistratie/repro- duktiesystemen bedacht, die optisch informatie schrijven op en lezen van een registratiemedium ( waarnaar hierna zal worden verwezen als een optische schijf). Informatieregistratie/reproduktiesystemen zijn bijvoorbeeld bekend die alleen voor reproduktie voor een registratiemedium, zoals een CD (compact 25 disk)-type DAD , of een videoplaat, een beeldbestand, een stilstaand-beeld bestand, een COM ( computer-uitvoergeheugen) of dergelijke, worden gebruikt. In dergelijke systemen wordt informatie geregistreerd door het tot stand brengen van een toestandsverandering,zoals het vormen van een gat (kuil) in een registratielaag door een gefocusseerde lichtbundel. In andere informatieregistratie/reproduktie-30 systemen, wordt informatie optisch geschreven op of gelezen van een infor-matieregistratiemedium, voor registratie/reproduktie of van een uitwisbaar informatieregistratiemedium, (waarnaar hierna zal worden verwezen als een optische schijf). In deze systemen dient in zowel de schijf- als leesmodus een lichtbundel altijd te worden gefocusseerd op de optische schijf. Met 35 andere woorden dient het smalle gedeelte van de lichtbundel samen te vallen met het oppervlak van de optische schijf, en een bundelstip met minimale afmetingen dient op de optische schijf te worden gevormd. Met het oog op dit vereiste heeft de optische kop vaak een brandpuntdetectiesysteem voor het detecteren van de focusseertoestand van de lichtbundel. Verschillende 8400320 -2- 23824/JF/ts f ! '% i van dergelijke focusseerdetectiesystemen zijn voorgesteld. Bijvoorbeeld de Amerikaanse octrooiaanvrage 399.873 en de daarmee overeenkomende Europese octrooiaanvrage 82 106 508.3, beide ingediend op 19 juli 1982,beschrijven een ! focusseerdetectiesysteem, dat de zogenaamde messnede-werkwijze aanneemt.

5 In dit focusseerdetectiesysteem, dat de messnedewerkwijze aanneemt, zoals getoond in fig. 1, wordt een laserbundel gereflecteerd door een registratie-laag of licht-reflecterende laag 10, waarop informatie dient te worden of reeds is geregistreerd. Een objectieflens 2, een messnede 4, een convergerende lens 6 en een fotodetectieeenheid 8 zijn ingericht op een optische 10 weg 0-0 van het gereflecteerde licht van de registratiedrager 10, De messnede 4 dient om alleen die laserbundelcomponent door te laten, die op afstand ligt van de optische as 0-0. De fotodetectieeenheid 8 detecteert een laserbundel, die door de convergerende lens 6 is geconvergeerd. De fotodetectieeenheid 8 heeft twee, eerste en tweede, fotc-aftastgebieden of foto-15 gevoelige gebieden 8-1 en 8-2 en bevindt zich op het achterste brandpunt van de convergerende lens 6. In een dergelijk focusseerdetectiesysteem wordt de defocusseertoestand niet gedetecteerd door een verandering in de bundelstipgrootte op de fotodetectieeenheid 8, maar wordt gedetecteerd door een afwijking in de bundelstippositie in een richting 9. In de net in-20 focusseertoestand, wordt de bundelstip gevormd aan de grens tussen de twee fotogevoelige gebieden 8-1 en 8-2 van de fotodetectieeenheid 8. Een verschil signaal van de twee fotosignalen van deze gebieden 8-1 en 8-2 wordt in hoofdzaak nul gehouden. In tegenstelling daartoe verandert, wanneer de objectieflens 2 te dicht naar de registratielaag 10 trekt of zich te ver 25 daarvan op afstand bevindt, resulterende in de defocusseertoestand, het verschilsignaal van de signalen van het eerste en tweede fotogevoelige gebied 8-1 en 8-2 in de positieve of negatieve richting. Het niveau van dit verschilsignaal hangt af van de afstand tussen de objectieflens 2 en de registratiedrager 10, zoals getoond in fig. 2. In fig. 2 is de afstand tussen 30 de objectieflens 2 ên de registratielaag 10 in de net in-focusseertoestand ingesteld om nul te zijn en de afstand heeft een positieve waarde, wanneer de twee onderdelen zich te ver op afstand van elkaar bevinden en heeft een negatieve waarde, wanneer de twee delen te dicht naar elkaar trekken.

Het focusseerdetectiesysteem zoals hierboven beschreven heeft 35 verschillende problemen, zoals hieronder zal worden beschreven; 1) Teneinde in formatieregistratie met een grote dichtheid en snelle en correcte informatiereproduktie mogelijk te maken, zijn volggeleidingen gevormd in een optische schijf in de vorm van groeven of uitsteeksels.

Wanneer informatie wordt geregistreerd in de vorm van kuilopstellingen, 8400820 * i -3- 23824/JF/ts worden kuilopstellingen geregistreerd op de optische schijf. Wanneer dergelijke volggeleidingen of kuilopstellingen worden bestraaldmet een laserbundel, wordt het uitgestraalde licht gebogen door de volggleidingen of kuilopstellingen.Een reflectiepatroon met een onregelmatige vorm wordt dus gevormd op 5 fotogevoelige gebieden van een fotodetectieeenheid, die door de optische schijf gereflecteerd licht ontvangt. Dit diffractiepatroon wordt gevormd als een donker gedeelte in het bundelstippatroon, dat op de fotogevoelige gebieden van de fotodetectieeenheid wordt gevormd. Vanwege deze reden kan in de optische kop, die de toestand van focussering in overeenstemming met een 10 verschil tussen van fotogevoelige gebieden verkregen signalen detecteert, de defocusseertoestand foutief worden gedetecteerd in de net in-focusseer-toestand te zijn of omgekeerd, vanwege het diffractiepatroon. Een gelijksoortig probleem kan eveneens optreden wanneer er een defect in het optische systeem of in de optische kop is, of wanneer de laserbundel wordt gebogen 15 door stof of dergelijke.

2) In een optische schijf wordt in het algemeen de registratielaag 10 gevormd op een transparant substraat en een door de objectief!ens 2 geconvergeerde laserbundel wordt via het substraat op de registratielaag 10 geprojecteerd. Wanneer de optische schijf vervormt of gebogen raakt, en 20 het substraat overeenkomstig wordt vervormd, wordt een aberratie, zoals een koma opgewekt. Wanneer de aberratie, zoals een koma wordt opgewekt, wordt het beeldpatroon, dat de koma bevat gevormd op de fotogevoelige gebieden 8-1 en 8-2 in de net in-focusseertoestand. Zelfs wanneer het objectieflenssysteem slechts een kleine koma-aberratie heeft, indien het gebrekkige 25 patroon vanwege een dergelijke koma-aberratie wordt gevormd, op de foto-. gevoelige gebieden 8-1 en 8-2, kan de defocüsseertoestand foutief worden gedetecteerd om de net in-focusseertoestand te zijn of omgekeerd.

3) Nabij het brandpunt van de convergerende lens 6 heeft de bundel-stip een specifieke grootte, vanwege de invloed van lichtdiffractie ( golf- 30 karakteristieken van licht). Vanwege deze reden is wanneer de fotodetectieeenheid op het brandpunt van de convergerende lens 6 in de net in focusseer-toestand is ingericht, de defocusseerdetectiegevoeligheid nabij het brandpunt lager dan de theoretische waarde.

4) De bundelstipgrootte bij het brandpunt van de convergerende 35 lens 6 is zeer klein. In het geval van een optisch systeem, waarin de fotodetectieeenheid is ingericht bij het brandpunt van de convergerende lens, resulteert een kleine verandering in de positie van de fotodetectieeenheid vanwege een verandering in temperatuur in een onjuiste detectie van de net in focusseertoestand als de defocusseertoestand.

8400320 -4- 23824/JF/ts

t V

'1 % 5) Wanneer er een grote aberratie is,wijken de positie van het

Gauss-beeldvlak en de kleinste verwarringscirkel van elkaar af. Derhalve worden de focusseerdetectiekarakteristieken nabij de net in-focusseerpositie verslechterd en de detectiegevoeligheid wordt verslechterd.

5 Het is een doel van de onderhavige uitvinding te voorzien in een optische kop, die een focusseertoestand met grote betrouwbaarheid en gevoeligheid kan detecteren.

Volgens een aspect van de onderhavige uitvinding wordt er voorzien in een inrichting van de in de aanhef genoemde soort, die het kenmerk heeft, 10 dat de objectieflens een convergentiepunt heeft en een inherente maximale defocusseerspeling + 8c met betrekking tot het convergentiepunt en de fotogevoelige gebieden van de fotodetector een totaal oppervlak hebben, dat groter is dan een oppervlak van de op de fotodetector gevormde bundelstip, wanneer de lichtbundel bij de maximale defocusseerspeling £c wordt geprojec-15 teerd en door het licht-reflecterende oppervlak wordt gereflecteerd.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van den gedetailleerde beschrijving van de voorkeursuitvoeringsvormen en onder verwijzing naar de tekening, waarin: fig. 1 een optisch systeem van een conventionele optische kop toont, 20 die de messnede-wprkwijze aanneemt; fig. 2 een grafiek is, die het verband toont tussen een van de in fig.1 getoonde fotodetectieeenheid verkregen verschilsignaal en de afstand tussen de objectieflens en de optische schijf; fig. 3 een blokschema is van een optisch systeem, waarin de optische 25 kop van de onderhavige uitvinding is opgenomen; fig. 4 een vereenvoudigd aanzicht van het optische systeem van de in fig. 3 getoonde optische kop is; fig. 5A tot en met 5D een weg van een laserbundel tonen in het in fig. 4 getoonde optische systeem in de net in-focusseertoestand en in ver-30 schillende defocusseertoestanden; fig. 6A tot en met 6D de bundelstipbeelden of -patronen tonen, die worden gevormd op fotogevoelige gebieden van een in fig. 5A tot en met 5D getoonde fotodetectieeenheid; fig. 7 een aanzicht is, dat de geometrische weg toont van licht van 35 een lichtbron passerend via de in fig. 4 getoonde objectieflens; fig. 8 een aanzicht is, dat de geometrische weg toont van licht van een lichtbron passerend via een in fig. 4 getoond projectielenssysteem; fig. 9 een aanzicht is, dat de geometrische weg van licht toont, wanneer de in fig. 7 en 8 getoonde lenzen worden vervangen door een enkele 8400820 ----- X ** -5- 23824/JF/ts synthetische lens; fig, 10 een schema is, dat de weg van het licht toont, wanneer de bundelstip of het smalle gedeelte ervan niet wordt gevormd bij het brandpunt van de objectieflens, maar bij een positie, die daar libhtelijk vanaf 5 wijkt; fig. 11 de lichtintensiteitsverdeling toont bij het smalle gedeelte van de bundel; fig. 12 en 13 de lichtintensiteitsverdeling tonen vanuit het oogpunt van golfoptica; 10 fig. 14 een representatie is voor het toelichten van de grootte van de op de fotogevoelige gebieden van een fotodetectieeenheid gevormde bundelstip; fig. 15&tot en met 15C aanzichten zijn, die de wegen van lichtbundels volgens een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding tonen, 15 wanneer de fotodetectieeenheid niet is geplaatst op het beeldvormende vlak; fig. 16 de weg van een laserbundel toont, die passeert door het beeldvormende vlak; fig. 17 tot en met 20 en fig. 21A en 21B optische systemen volgens verschillende modificaties van de onderhavige uitvinding,ktonen; en 20 fig. 22A en 22B een optisch systeem en het overeenkomstige patroon op de fotogevoelige gebieden tonen, wanneer de fotogewoelige gebieden van de fotodetectieeenheid afwijken van het beeldbrandylak .

Een optisch systeem voor het registreren en het reproduceren van informatie onder gebruikmaking van een optische kop van de onderhavige uit-25 vinding zal nu onder verwijzing naar fig. 3 worden beschreven. Een optische schijf 12 wordt verkregen door het aan elkaar hechten van een tweetal schijfvormige transparante platen 14 en 16 door middel van een binnen- en buiten-afstandsstuk 18 en 20. Informatieregistratielagen of licht-reflecterende lagen 22 en 24 worden door depositie gevormd op de binnenoppervlakken van 30 (je respectieve transparante platen 14 en 16. Volggeleidingen 26 worden schroeflijnvormig of concentrisch op elk van de licht-reflecterende lagen 22 en 24 gevormd. Informatie wordt op deze volggeleidingen 26 geregistreerd in de vorm van kuilen. Een gat is gevormd in het midden van de optische Schijf 12. Wanneer de optische schijf 12 wordt geplaatst op een draaitafel 35 28, strekt een middenspil 30 van de draaitafel 28 zich via dit centrale gat van de optische schijf 12 uit, zodat de draaiïngsmiddelpunten van de draaitafel 28 en de optische schijf 12 in lijn liggen. Een vasthoudinrich-ting 32 is gemonteerd op de middenspil 30 van de draaitafel 28 en zet de optische schijf 12 op de draaitafel 28 vast. De draaitafel 28 wordt draai- 8400820 1 Ï V < -6- 23824/tJF/ts baar ondersteund op een ondersteuningsbasis (niet getoond) en wordt door een aandrijfmotor 34 met een constante snelheid aangedreven.

| Een optische kop 36 is ingericht om beweegbaar in de radiale rich ting van de optische schijf 2 te zijn, door middel van een lineaire actuator 5 38 of een draaiarm. Een laser 40 voor het opwekken van een laserbundel is binnen de optische kop 36 ingericht. Wanneer informatie dient te worden geschreven op de optische schijf 12, wekt de laser 40 een laserbundel op, die een intensiteit heeft, die in overeenstemming met dergelijke informatie is gemoduleerd. Wanneer de geregistreerde ihformatie dient te worden uitgeleid zen van de optische schijf 12, wordt een laserbundel met een constante intensiteit opgewekt door de laser 40. De laserbundel van de laser 40 wordt gedivergeerd door een holle lens 42, gecollimeerd door bolle of collimator-lens 44 in parallelle lichtstralen en naar een polarisatiebundelsplitser 46 gericht. De door de polarisatiebundelsplitser 46 gereflecteerde parallelle 15 laserbundels vallen via een 1/4 golflengteplaat 48 in op een objectieflens 50 en worden door de objectieflens 50 geconvergeerd naar de lichtreflec-terende laag 24 van de optische schijf 12. De objectieflens 50 wordt ondersteund door een spreekspoel-52 om langs de optische as beweegbaar te zijn. Wanneer de objectieflens 50 zich op een bepaalde positie bevindt, wordt het 20 smalle gedeelte van de bundel van de convergerende laserbundel van de objectieflens 50 geprojecteerd op het oppervlak van de licht-refleeterende laag 24 om een stip met minimale grootte op het oppervlak van de licht-reflecterende laag 24 te vormen. In deze toestand wordt de objectieflens 50 in de net in focusseertoestand gehouden om informatie te kunnen lezen en schrij-25 ven. Wanneer informatie wordt geschreven, worden kuilen op de volggeleidingen gevormd of voorgevormde groeven 26 op de licht-reflecterende laag 24 door een in intensiteit gemoduleerde laserbundel. Wanneer informatie wordt uitgelezen, wordt een laserbundel met een constante intensiteit in intensiteit gemoduleerd door de in de golfgeleidingen 26 gevormde kuilen en wordt daardoor gereflec-30 teerd.

De van de licht-reflecterende laag 24 van de optische schijf 12 gereflecteerde divergerende laserbundel, wordt omgezet in parallelle lichtstralen door de objectieflens 50 en via de 1/4 golflengteplaat 48 teruggestuurd naar de polarisatiebundelsplitser 46. Wanneer de laserbundel via de 35 1/4 golflengteplaat 48 wordt teruggestuurd, wordt het polarisatievlak over 90° gedraaid in vergelijking met dat wanneer de laserbundel door de polarisatiebundelsplitser 46 wordt gereflecteerd. Deze teruggestuurde laserbundel, waarvan het polarisatieVlak over 90° is gedraaid, wordt niet gereflecteerd door de polarisatiebundelsplitser .46 en passeert daardoor. De uit de pola- 8400820 -7- 23824/JE/ts » 1 ί a risatiebundelsplitster tredende laserbundel wordt door een halfspiegel 62 gesplitst. Eén deel van de gesplitste bundel wordt gestraald op een eerste fotodetectieeenheid 58 via een bolle lens 56. Een eerste signaal van de eerste fotodetectieeenheid 58, dat op de optische schijf 12 geregistreerde 5 informatie bevat, wordt toegevoerd aan een signaalprocessor 60 en wordt omgezet in digitale gegevens. Het andere deel van de gesplitste bundel van de halfspiegel 54 wordt onderworpen aan onttrekking door een lichtafscherm-plaat 52 om alleen een component te onttrekken, die passeert door een gebied, dat op afstand ligt van c. een optische as 64. De onttrokken component 10 wordt doorgelaten door een projectielens 66 en komt in* te vallen op een tweede fotodetectieeenheid 70. De lichtafschermplaat 62 kan worden vervangen door een prisma, een apertuur, een spleet of een messnede. Een signaal van de tweede fotodetectoreenheid 70 wordt verwerkt door een focusseersignaal-generator 72. Een focusseersignaal van de focusseersignaalgenerator 72 wordt 15 toegevoerd aan een spreekspoel-aanstuurschakeling 74. In responsie op het focusseersignaal stuurt de spreekspoel-aanstuurschakeling 74 de spreekspoel 52 aan en houdt de objectieflens 50 in de net in-focusseertoestand. Wanneer de volggeleidingen 26, die zijn gevormd op de licht-reflecterende laag 24 van de optische schijf 12, correct dienen te worden gevolgd, kan een signaal 20 van de eerste fotodetectoreenheid 58 worden verwerkt voor het bekrachtigen van de lineaire actuator 38. Alternatief kan de objectieflens 50 worden bewogen in de dwarsrichting of kan een galvanospiegel ( niet getoond) worden gebruikt.

Het optische systeem voor het detecteren van de net in focusseer-25 toestand, dat in fig. 3 getoond, is vereenvoudigd in fig. 4 getoond. De met de net in-focusseertoestand·en met verschillende defocusseertoestanden geassocieerde weg van de laserbundel wordt getrokken, zoals getoond in fig. 5A tot en met 5D. Wanneer de objectieflens 50 in de net in-focusseertoestand is, wordt het smalle gedeelte van de bundel geprojecteerd op de 30 licht-reflecterende laag 24. Een bundelstip van minimale grootte, dat wil zeggen de stip van het smalle gedeelte van de bundel 76 of een stip, die iets groter is dan die stip, wordt gevormd op de licht-reflecterende laag 24. Aangezien de laserbundel, die komt in te vallen op de objectieflens 50 van de lasereenheid 40 bestaat uit parallelle stralen, wordt het smalle 35 gedeelte van de bundel gevormd bij het brandpunt van de objectieflens 50.

Indien echten de op de objectieflens 50 van de laser 40 invallende^laserbundel lichtelijk divergerend of convergerend is, dan wordt het smalle gedeelte van de bundel gevormd in de nabijheid van het brandpunt van de objectieflens 50. In het in de fig. 3, 4 en 5A tot en met 5D getoonde op- 8400820 v Ϋ -8- 23824/JF/ts tische systeem zijn fotogevoelige gebieden 78-1 tot en met 78-2 van een fotodetectieeenheid 70 op of slechts lichtelijk afgeweken van het beeldvormend vlak van het stipbeeld 76 van het smalste gedeelte van de bundel ' in de net in-focusseertoestand. Derhalve wordt in de net in-focusseertoe-5 stand, het stipbeeld, of -patroon 76 van het smalle gedeelte van de bundel gevormd op een positie tussen de fotogevoelige gebieden 78-1 en 78-2 van de fotojietectieeenheid 70, zoals getoond in fig. 6A. Zoals getoond in fig. 5A, wordt het stipbeeld van het smalle gedeelte van de bundel, dat wil zeggen het patroon 76 gevormd op de licht-reflecterende 10 laag 24. De door de licht-reflecterende laag 24 gereflecteerde laserbundel wordt omgezet in parallelle lichtstralen door de objectieflens 50 en de parallelle lichtstralen worden gericht naar de lichtafschermplaat 62.

De door een gebied, dat op afstand ligt van de optische as 64 passerende lichtcomponent wordt onttrokken door de lichtafschermplaat 62, gefocus-15 seerdcbor de projectielens 66 en gefocusseerd tot een minimale diameter op de fotodetectieeenheid 70. Zoals getoond in fig. 6A, wordt dus het stipbeeld of-patroon van het smalle gedeelte van de bundel gevormd op de fotodetectieeenheid 70. Op dat moment zijn de niveaus van de signalen van de fotogevoelige gebieden 78-1 en 78-2 van de fotodetectieeenheid 70 in 20 hoofdzaak hetzelfde gehouden. Wanneer de objectieflens 50 dichter naar de licht-reflecterende laag 24 trekt, wordt het smalle gedeelte van de bundel gevormd na reflectie van de laserbundel door de licht-reflecterende laag 24, zoals getoond in fig. 5B. Het smalle gedeelte van de bundel wordt dus gevormd tussen de objectieflens 50 en de licht-reflecterende laag 24. In 25 deze defocusseertoestand wordt het smalle gedeelte van de bundel in het algemeen gevormd binnen de brandpuntsafstand van de objectieflens 50. Zoals duidelijk zal zijn, wordt aannemende dat het smalle gedeelte van de bundel dient als een stip, een door de licht-reflecterende laag 24 en uit de objectieflens 50 tredende laserbundel omgezet in een divergerende laser-30 bundel door de objectieflens 50. Aangezien de door de lichtafschermplaat 62 onttrokken laserbundelcomponent eveneens divergerend is, zelfs na te zijn geconvergeerd door de projectielens 66, wordt deze niet tot een minimale grootte op de fotogevoelige gebieden 78-1 en 78-2 van de fotodetectieeenheid 70 gefocusseerd, maar wordt gefocusseerd op een punt, dat verder 35weg ligt dan de fotodetectieeenheid 70. Overeenkomstig wordt een dergelijke laserbundelcomponent geprojecteerd op de fotodetectieeenheid 70 in een gebied boven het centrale punt tussen de fotogevoelige gebieden 78-1 en 78-2. Een bundelstipbeeld of -patroon 77, dat groter is dan het stipbeeld 76 van het smalle gedeelte van de bundel, wordt gevormd op de foto- 8400820 * * -9- 23824/JF/ts gevoelige gebieden 78-1 en 78-2. Een signaal van het eerste fotogevoelige gebied 78-1 wordt lager in niveau dan dat van het tweede fotogevoelige gebied 78-2. Een verschilsignaal van de twee signalen wordt opgewekt door de focusseersignaalgenerator 72 als een focusseersignaal. Wanneer de objectief-5 lens 20 nog dichter naar de lieht-reflecterende laag 24 trekt, wordt een nog groter bundelstipbeeld of -patroon 79 gevormd, dat zich voorbij het eerste fotogevoelige gebied 78-1, zoals getoond in fig. 6c uitstrekt.

Wanneer de objectie flens 50 verder op afstand wordt geplaatst van de licht-reflecterende laag 24, zoals getoond in fig. 5C, wordt de laser-10 bundel door de licht-reflecterende laag 24 na het vormen van een smal gedeelte van de bundel gereflecteerd. In een dergelijke defocusseertoestand ligt de brandpuntsafstand van de objectieflens 50 in het algemeen voorbij het smalle gedeelte van de bundel, dat tussen de objectieflens 50 en de licht-reflecterende laag 24 is gevormd. De van de objectieflens 50 naar de 15 lichtafschermplaat 62 gerichte gereflecteerde laserbundel is dus convergerend. De door de lichtafschermplaat 62 onttrokken laserbundel wordt verder geconvergeerd door de projectielens 66 en wordt geprojecteerd op de fotogevoelige gebieden 78-1 en 78-2 van de fotodetectieeenheid 70 na het vormen van een stip van het smalle gedeelte van de bundel. Bijgevolg wordt 20 een patroon 81, dat kleiner is dan het stipbeeld van het smalle gedeelteovan de bundel gevormd in het benedengedeelte van de fotogevoelige gebieden 78-1 en 78-2 van de fotodetectieeenheid 70.

Wanneer de objectieflens 50 op afstand ligt van de licht-reflecterende laag 24 over een afstand, die een bepaalde waarde overschrijdt, 25 wordt een door de licht-reflecterende laag 24 gereflecteerde laserbundel gefocusseerd bij een convergentiepunt tussen de licht-afschermplaat 62 en de objectieflens 50. De van het convergentiepunt divergerende laserbundel wordt onderworpen aan onttrekking door de lichtafschermplaa?· 62 en de onttrokken component wordt invallend op de projectielens 66. Daarna 30 raakt, zoals in het in fig. 5B getoonde geval, waarbij de objectieflens 50 en de licht-reflecterende laag 24 te dicht bij elkaar liggen, de divergerende laserbundel invallend op de projectielens 66 en wordt geprojecteerd naar het bovenste fotogevoelige gebied 78-1. Daardoor kan zelfs, indien de lens 50 en de licht-reflecterende laag 24 op afstand van elkaar liggen, 35 de focusseersignaalgenerator 72 een signaal opwekken, dat aangeeft, dat de lens en de licht-reflecterende laag te dicht bij elkaar liggen.

Een verandering in de weg van de laserbundel kan als volgt geo-metrisch/optisch worden toegelicht. Een afwijking h3 van de laserbundelcom-ponent op de fotodetectieeenheid 70 van de optische as kan worden bepaald.

8400320 -10- 23824/<JF/ts * if

Het geometrisch/optische afbeeldysteem van de objectieflens 50 is zoals getoond in fig. 7. Verwijzend naar fig. 7 vertegenwoordigt f0 de brandpuntsafstand van de objectieflens 40 en S vertegenwoordigt de verplaatsing van de objectieflens 50, dat wil zeggen, een verandering in de afstand daar-5 van van de licht-reflecterende laag 24 op de optische schijf 12 wanneer een verandering van de net in-focusseertoestand naar de defocusseertoe-stand wordt uitgevoerd. In fig. 7 treedt de door de doorgetrokken lijn aangegeven laserbundelweg uit het smalle gedeelte van de bundel, passeert via een punt op het hoofdvlak van de objectieflens 50, die een afstand hO Ί0 van de optische as 64 ligt en wordt gefocusseerd. In de in fig. 5A getoonde net in-focusseertoestand is δ = 0. In de in fig. 5B getoonde defocusseer-toestand trekt de objectieflens 50 over de verplaatsingsafstand δ dichter naar de optische schijf 12. Aangezien het smalle gedeelte van de bundel wordt gevormd door de van de licht-reflecterende laag 24 gereflecteerde 15 laserbundel, raakt het smalle gedeelte van de bundel dichter naar de objectieflens 50 met de dubbele verplaatsingsafstand δ.( in dit geval δ<0.)

In de in fig. 5C getoonde defocusseertoestand is de objectieflens 5 verder op afstand geplaatst van de optische schijf 12 over de verplaatsingsafstand o en de laserbundel wordt gereflecteerd van de licht-reflecterende laag 20 24 nadat het smalle gedeelte van de bundel is gevormd. Daarmee in overeenstemming is dit in principe gelijksoortig aan de toestand, waarin het smalle gedeelte van de bundel wordt gevormd achter de li ht-reflecterende laag 24. Derhalve ligt het smalle gedeelte van de bundel de afstand 2d op afstand van de objectieflens. In de net in-focusseertoestand, indien het smalle ge-25 deelte van de bundel is gevormd in het brandpunt van de objectieflens 50 en de objectieflens 50 daarna verder weg van de optische schijf 12 over de afstand 6 wordt bewogen, wordt de afstand tussen het smalle gedeelte van de bundel en het hoofdvlak van de objectieflens 5Q vertegenwoordigd door (f0 + 26). Wanneer het smalle gedeelte van de bundel wordt beschouwd als 30 een punt, worden in fig. 7 getoonde hoeken po en J31 gegeven door de vergelijkingen (1) en (2) hieronder: hO/(f0+ 28) = tan(-po) *= po ....(1)

Uit het lens-afbeeldtheorema volgt: tan(-J30)/h0 + tan P1/h0 = 1/f0 35 Derhalve geldt

P1 = PO + hO/fO

= h0/(f0 + f02/2§) ----(2)

Fig. 8 toont de geometrische lichtweg in het optische systeem van de projectielens 66. Hier wordt aangenomen, dat de projectielens 66 8400820 f % -11- ' 23824/JF/ts een tweetal van gecombineerde lenzen 66-1 en 66-2 ornaat.

Eveneens wordt aangenomen, dat de respectieve lens 66 brandpuntsafstand f1 heeft, de lichtafschermplaat 62 op e°n afstand a vsnhet hoofdvlak van de objectieflens 50 is ingericht, het hoofdvlak van de lens 66-1 is in-5 gericht op een afstand L van dat van de objectieflens 50, het hoofdvlak van de lens 66 is ingericht op een afstand 1 van de fotogevoelige gebieden 78-1 en 78-2 van de fotodetectieëenheid. De door de doorgetrokken lijn aangegeven weg is de weg van lichtstralen, die worden geconvergeerd door de objectieflens 50 en die dan passeren door het licht-doorlatende vlak van de licht-afschermplaat 72, waarvan de rand met een afstand y op afstand van de optische as ligt.

De afstand y wordt door de hierbeneden staande vergelijking (3) gegeven: y= hO - apt 15 = hO )1 - a.i/(fO+fo2/25)[ ...(3)

* »2-1 I

Indien we aannemen F(<5j = (fO+fO /2δ) , kan vergelijking (3)

als volgt worden herschreven: I

y = h0(1-aF(6)) ...(¾)

Derhalve geldt: I

20 hO s y/(1-aF(Sj) ...(5)

Een afstand h1 van de weg van de overgedragen lichtcomponent van de optische as 6¾ bij het hoofdvlak van de lens 66 wordt door de hierbeneden staande vergelijking (6) gegeven: hl = y - (L-a)pi 25 = [Cl-LF(5))/(1-aF(5)) j- .y ...(6)

Hoek β2 kan als volgt op een gelijksoortige-.manier als in het geval van hoek j31 in vergelijking (2) worden berekend: f2 = £1 + hl/f1 = jy/(1-aF(S))] [ 1/f1 + (1-L/f 1 )F(&>] ...(7) 30 De afstand of afwijking h2 van de optische as 64 van de overgedragen lichtcomponent bij het fotogevoelige gebied van de fotodetec-tèeeenheid 70 en een invalshoek ββ daarbij, worden gegeven door de hierbeneden staande vergelijkingen (8) tot en met (10). h2 = h1 - Hj32 35 = Jy/(1-aF(S»i [(1-1/fD- [l + L(1-l/f1)]x F(S) ...(8)

Wanneer 1 = f, kan vergelijking (8) worden herschreven als: h 1-aF(S) . mf0y ...(9) 840 0 3 20 ψ *' * -12- 23824/JF/ts

Wanneer de projectielens 66 een enkele lens in het in fig. 8 getoonde optische systeem is, aangezien f2 =oo en f1 = 1, en h2 = — ly/(a-f0-f02/2S) = - mf0.y/(a-f0-f02/28) ,..(10) + 5 In het in fig. 7 getoonde optische systeem is aangenomen, dat het smalle gedeelte van de bundel is gevormd bi-j het brandpunt van de objectie flens 50. Wanneer echter een divergerende of convergerende laserbundel invalt op de objectie flens 50, wijkt de positie'/van het smalle gedeelte van de bundel af van het brandpunt van de objectie flens 50 met een afstand b, 10 zoals getoond in fig. 9.

; Wanneer wordt aangenomen, dat het lenssysteem voor het verwerken van het licht, dat wordt gereflecteerd door de licht-reflecterende laag 24 van de optische schijf 12 en de fotodetectieeenheid 70 door middel van de objectieflens 50 bereikt en de projectielens 66 een enkele samengestelde 15 lens is, kan de hierbeneden te beschrijven berekening worden uitgevoerd in plaats van de hierboven beschreven berekening. Dat wil zeggen, dat de optische weg van het gereflecteerde licht, dat wordt verkregen, wanneer de positie van het smalle gedeelte van de bundel afwijkt van het brandpunt van de objectieflens 50 met de afstand S, wordt berekend in overeenstemming 20 raet vergelijkingen tot vergelijking (22), aannemend, dat de brandpuntsafstand van de enkele samengestelde lens f* is en de afstand van het voorbrandpunt van de enkele samengestelde lens tot de optische schijf 12 in de net in focusseertoestand wordt gebracht ( gefocusseerde laserbundel) C is. Wanneer de projectielens 66, een detectielens 73 en dergelijke alle worden beschouwd 25 als een '"enkele synthetische lens, hebben we uit fig. 9" h*/(f*+C+ 2$) = tan (-f0) a -J30 Dus h* = -^0.( f*+02S) ...(11)

Eveneens: 30 β2 ~ β0 + h*/f* = JpO - J50-(C+2§)^30/f* j = -£0(02$) /f* ...(12)

Wanneer de tweede fotodetectieeenheid 70 is ingericht bij het beeldvormende vlak, wanneer het gefocusseerde punt van de laserbundel en de positie van de licht-reflecterende laag 24 van de optische schijf 35 12 met elkaar samenvallen ( wanneer S' = 0), hebben we h2=0. De transversale vermenigvuldigingsfactor m op dit moment wordt verkregen uit + m = -β0/β2 om m = + f*/C te zijn.

Derhalve: C = + f*/m ...(13).

8400820 ί « ' -13- 23824/JF/ts

Merk op dat wordt aangenomen dat m altijd een positief getal is. Derhalve vertegenwoordigt +m het geval van een geïnverteerd beeld en vertegenwoordigt het geval van een opgericht beeld.

Wanneer de afstand van het achterste knooppunt van de samengestelde 5 lens tot de tweede fotodetectieeenheid 70 wordt vertegenwoordigd door A, hebben we: h2 = h* - Ap3 = pO | (+ A/i-f* - f*/m) + (A/f*-1) x 2§ J ... (14).

Voor elke waarde van ƒ0 en voor S' = 0, hebben we uit h2 = 0: 10 A = f*(1+m). ...(15)

Substitutie van vergelijking (15) in vergelijing (14) verschaft: h2 = p0 f( 1+ m)/f* - 1} x 2$ = + 2mfrx ƒ0 . ..(16).

Substitutie van vergelijking (1)en (5) in vergelijking (16) levert 15 de volgende vergelijkingen (17) en (18) op.

h2 = 7 mf0y/(a-f0-f02/2S) ...(17) h2 = + (2my/fO)S· ...(18).

Zoals getoond in fig. 10, maakt, wanneer de op de objectieflens 50 invallende laserbundel convergerend of divergerend is en he4- gefocus-20 seerde punt van de laserbundel afwijkt van het brandpunt van de objectief-lens 50 over de afstand b, omzetting in vergelijkingen (1) tot en met (9) van: 2δ * 2$· + b het tot stand brengen van de geschikte vergelijkingen mogelijk.

25 Overeenkomstig hebben we uit vergelijking (5): hO = ^CfO + f02/(2&-b).]/Cf0+f02/(2$+b)-al]x y ...(19).

Substitutie van vergelijking (19) in vergelijking (1) levert op: po = -h0/(f0+2ö+ b) = -[f0.h0/(2fi·+b)J/ffO + fQ2/(2$ +b)l

30 = f0.y/[ (2ê + b) /LfO + f02/(26-+b) - a]J

= -fO.y/ [ f02+(f0-a) (2S+b)] = + (1-a/f0)(2&-b)} ...(20)

Substitutie van vergelijking (20) in vergelijking (16) verschaft: h2 = + anyS/{f0 + (1-a/f0)(2S+b)\ ...(21) 35 ïndien a = 0, h2 = + 2my<57(fO+tH-2£) ...(22)

Indien f0 + b»2<$·, h2 iT 2my&/(f0 + b) ...(23) 8400320 -14- 23824/JF/ts

Vergelijkingen (9 ), (10), (14), (16), (17) en (18), geven aan, dat wanneer het brandpunt van de objectieflens 50 afwijkt van de licht-reflecterende laag 24 van de optische schijf 12 over de afstand 8", de op de fotogevoelige gebieden 78-1 en 78-2 van de fotodetectieeenheid 70 5 gevormde bundelstip geometrisch afwijkt van de optische as 64 over de afstand h2.

Alle hierboven gegeven vergelijkingen betreffen de geometrisch/ optische berekening van de lichtweg. Wanneer overeenkomstig 8=0 wordt gesubstitueerd in de bovenstaande vergelijkingen hebben we h2 = 0. In de 10 praktijk echter, is er een invloed van diffractie van de golfkarakteristieken van licht. Overeenkomstig, wordt zelfs wanneer % = 0 ( net in-focus-seertoestand) de op de licht-reflecterende laag 24 van de optische schijf 12 gevormde bundelstip en de stipgrootte op de fotodetectieeenheid 708niet nul en hebben zekere waarden. Deze grootten kunnen op de volgende manier 15 worden berekend.

Wanneer parallelle laserbundels met een uniforme intensiteitsver-deling invallen op een ideale lens zonder aberratie en een numerieke apertuur (NA) van een waarde NA, wordt een stipgrootte al op het gefocusseerde punt na deze lens in het algemeen gegeven door: 20 al = 0,82 λ/ΝΑ ' ...(24) waarin X de golflengte van de laser is.

Merk op dat al de diameter vertegenwoordigt van een cirkel met 2 een intensiteit van 1/e , wanneer de intensiteit bij het midden van de stip wordt gedefinieerd als 1, zoals getoond in fig. 11. Wanneer wordt aangenomen, 25 dat de bundelstip overeenkomt met het door de objectieflens 50 gevormde smalle gedeelte van de bundel, wordt een grootte ad van het op de licht-ontvangende oppervlakken of het beeldvormende oppervlak van de tweede fotodetectieeenheid 70 in de net in-focusseertoe-stand gevórmde beeld van het smalle gedeelte van de bundel als volgt 30 vertegenwoordigd door een transversale vermenigvuldigingsfactor m van het lenssysteem met de lenzen 50 en 66: ad = mal = 0,82 mX/NA ...(25)

De stipvorm verandert op de hierbeneden beschreven manier, wanneer de liohtafschermplaat 62 wordt geplaatst in de optische weg. Eerst, wanneer 35 de lichtafschermplaat 62 niet is geplaatst in de optische weg en parallelle lichtbundels met een uniforme intensiteit, dat wil zeggen een intensiteits-verdeling rec(X/a) invallend op de projectielens 66 worden, wordt een patroon met een amplitude a sin c(a t> die Fourier-getransformeerd is, gevormd op de licht-ontvangende oppervlakken van de tweede fotodetectieeenheid 70.

8400820 * a -15- 23824/JF/ts

Derhalve geldt: F^rect(X/a)^ = a sin c (a|)

Intensiteit IQ wordt gegeven door: 10 = j a sin c(a|) | 2 5 = sin2(Ti&f)/it2i|2 ____(26),

In deze toestand wordt aangenomen, dat de lichtafschermplaat 62 is geplaatst in de optische weg en de helft van de lichtstralen zoals getoond in fig. 13 wordt af geschermd. Op dit moment heeft het op de licht-ontvangende oppervlakken van de tweede fotodetectieeenheid 70 gevormde 10 patroon een amplitudeverdeling %, die door Fourier-transformatie wordt verkregen As·. _ a sln(an|)-1 - 1 sin(an|) J0 e -

Derhalve wordt een intensiteitsverdeling Ik gegeven door: 15 Ik ï sin2(ns|/2)/ir2§2 = (a2/4)sin c2(a§/2) ...(27).

Uit een vergelijking van de vergelijkingen (26) en (27) wordt gezien dat wanneer de helft van de parallelle lichtstralen wordt afgeschermd door de lichtafschermplaat 62, de centrale positie van de stip niet veran-20 dert, maar de stipgrootte wordt verdubbeld. Hieruit volgt dat in een ééndimensionaal model, wanneer de verhouding van lichtstralen, die niet worden afgeschermd, maar worden doorgelaten door de lichtafschermplaat 62 wordt vertegenwoordigd door R, de stopgrootte met 1/R maal wordt vergroot. Overeenkomstig wordt in een eendimensionaal model, wanneer de lichtafscherm-25 plaat 62 wordt ingébracht in de optische weg, en het licht wordt doorgelaten met de verhouding R ( oppervlakteverhouding), een stip gevormd op de lichtontvangende oppervlakken van de tweede fotodetectieeenheid 70, die een vergrote diameter ak heeft, die hierbeneden is gegeven, in de richting parallel aan de inbrengrichting van de plaat 62; 30 ak = ad/R = 0,82 m λ/R .NA ...(28).

De lichtstralen, die passeren door de buitenomtrek van de objectief-lens 50 met een diameter A zijn gericht naar een punt op de licht-ontvangende oppervlakken van de tweede fotodetectieeenheid 70, dat op een afstand D van de optische as ligt, wanneer y = A/2 wordt gesubstitueerd in de vergelijking 35 (23).

D(S) s + mA/CfO+b)S ...(29).

Zoals duidelijk zal zijn uit een vergelijking van vergelijkingen (28) en (29) wordt de detectiegevoeligheid verkleind, wanneer de afstand 8400820

» J

t ΐ -16- 23824/JF/ts tussen de optische as en het punt op, de fotodetectieeenheid 70 waarop de lichtstralen via de buitenste omtrek van de objectieflens 50 worden gericht, kleiner is dan de straal van het op de fotogevoelige gebieden van de tweede fotodetectieeenheid 70 gevormde diffractiepatroon. Derhalve wordt onder de 5 omstandigheden van vergelijkingen (30) en (31) die hierbeneden worden gegeven, de detectiegevoeligheid verkleind: |d(S)}< ak/2 ...(30)

Derhalve geldt: lA5/(f0+b)| <. 0,41 λ/R.NA ...(3D.

10 Wanneer een minimale defocusseringshoeveelheid Sc,die dient te worden gedetecteerd,wordt gegeven, wordt een verhouding H (oppervlakte-verhouding) waarbij de lichtafschermplaat 62 wordt ingebracht in de optische weg en de doorlaatverhouding R daarvan bepaald.

USc/(f0+b)| > 0,41 λ/R.NA

15 R >0,41 X(f0+b)/NA.A.Sc) ...(32).

Derhalve geldt: R + H = 1 (de lichtstralen worden volledig afgeschermd wanneer R = 0 en H = 1.)

Wanneer een afstand tussen het knooppunt van de objectieflens 20 50 aan de zijde van de.optische schijf 12 en het gefocusseerde punt (positie van het smalle gedeelte van de bundel) wordt gegeven F te zijn , wordt de ongelijkheid (32) in overeenstemming met de conditie F = f0 + b als volgt herschreven: R > (o,4Uf)/(na.a8c) 25 Wanneer de verhouding R wordt gegeven als hierboven beschreven, ; treedt het diffractieeffect niet op, zelfs niet in de nagenoeg net in-focusseertoestand. Derhalve kan een groter defocusseringsdetectiegevoelig-heid worden verschaft.

De lichtafschermplaat 62 kan worden vervangen door een apertuur, 30 een spleet, een prisma, spiegel, een lens of dergelijke. Het dient te worden opgemerkt, dat R een verhouding betekent tussen door de lichtafschermplaat 62 langs eendimensionale richting doorgelaten licht en het totale invallende licht. Wanneer de fotodetectieeenheid voor het detecteren van de defocusseertoestand is ingericht om lichtstralen te ontvangen, die worden 35 gereflecteerd of gebroken door de spiegel of het prisma, dat de lichtafschermplaat 62 vervangt, wordt de verhouding R gegeven langs ééndimensionale richting, die overeenkomt met de richting waarlangs een deel van de lichtstralen wordt onttrokken door de spiegel of de richting, waarlangs de lichtstralen worden gebroken.

8400820 v a -17- 23824/JF/ts

Een maximale defoousseerspeling waarvoorbij de defocusseerhoeveel-heid Sc niet behoeft te worden gedetecteerd, zal worden besproken.

Wanneer de laserbundel met een uniforme lichtintensiteit wordt geprojec-5 teerd op de objectieflens 50 en wordt geconvergeerd op de lieht-reflec-terende laag 24 van de optische schijf 12, heeft dit convergentiepunt een lichtintensiteitsverdeling, die wordt gegeven om het Airy-schijfpatroon, vertegenwoordigd door de Besselfunctie te zijn. Dit patroon heeft een diameter al = 0,Q2X/UA, hetgeen een intensiteit van 1/e2 verschaft, wanneer de 10 centrale lichtintensiteit is gegeven als 1, zoals is vertegenwoordigd door vergelijking (32), waarbij NA de numerieke apertuur van de objectieflens en λ de golflengte van de laserbundel is.

Een lichtintensiteit bij de optische as op een vlak, dat over een afstand Z op afstand is geplaatst van het convergentiepunt wordt zoals 15 bekend gegeven door: I(Z) = 10 [sin.c ]p/2).(ΝΑ.Ζ/λ)]] 2 ...(32).

Een afstand ^Z tussen het convergentiepunt en een gegeven positie, waarbij de centrale lichtintensiteit 80% van de centrale lichtintensiteit bij het convergentiepunt is, wordt in het algemeen gedefinieerd als een 20 scherptediepte en wordt als volgt gegeven: ΔΖ = +λ/2(ΝΑ)2 ... (33).

In de optische kop worden kuilen gevormd in de licht-reflecterende laag 24 in overeenstemming met de laserbundel met een grote lichtintensiteit of groot vermogen, waardoor informatie in de optische schijf 12 wordt 25 geregistreerd. De onderhavige uitvinder vindt dat de maximale speling voor de defocusseerhoeveelheid 5c in hoofdzaak hetèelfde is als de scherptediepte. Overeenkomstig wordt de volgende vergelijking tot stand gebracht: 5c=+i/2(NA)2 ...(34).

Dezelfde beschouwing als hierboven beschreven, kan worden toegepast 30 wanneer een laserbundel, die geen uniforme lichtintensiteitsverdeling heeft maar de Gauss-verdeling heeft, wordt geprojecteerd op de objectieflens 50. Met andere woorden wordt een stipradius «0 bij het convergentiepunt als volgt gegeven: «0 = (2/ττ)(λ/ΝΑ) ...(35).

35 Een straal w(Z) van de bundelstip, die op afstand ligt van het convergentiepunt over de afstand Z wordt gegeven door: w(Z) = wO V 1 + (λζ/nwO2)2 ...(36).

De scherptediepte ΔΖ wordt als volgt gegeven en komt overeen met de maximale defoousseerspeling 5c: 8400820 * » -18- 23824/JF/ts Δζ = öc = + λ/;π(ΝΑ)2 ...(37).

De defocusseerhoeveelheid 5c wordt beschouwd vanuit een ander gezichtspunt. Wanneer de licht-reflecterende laag (registratielaag) 24 van de optische schijf 12 wordt onderworpen aan een toestandsverandering, 5 zoals de vorming van kuilen, is het zeer moeilijk registratie uit te voeren, wanneer defocussering optreedt, waardoor de stipgrootte wordt vergroot en de centrale lichtintensiteit van de stip wordt verkleind. Een stipgrootte al op de licht-reflecterende laag 24 in de net in-focusseer-toestand wordt gegeven door vergelijking (24), In dit geval wordt, indien 10 de intensiteitsverdeling overeenkomt met de Gauss-verdeling, de straal w(Z) van de stip van de licht-reflecterende laag 24 in de defocusseertoestand gegeven door vergelijking (38): w2(Z) es «O2 ^1 + (λζ/nwO2)2} = w02{l + ((NA)2/0,17 τίλ)2.Ζ2^ ...(38).

15 In dit geval neemt de centrale lichtintensiteit van de stip als volgt af: I = |«0/w(Z)}2 ...(39).

Wanneer een minimale centrale lichtintensiteit van de stip, die registratie mogelijk maakt, wordt gegeven door Imin als: 20 Imin 4 ^1 + ( CNAj2/0,17 ul)2.Z2j"1 ...(40)

Geldt: 1 + (Cna12/0,17ηλ)2.Ζ2 C 1/Imin ([ΝΑ]2/0,17ητλ)2.Ζ2 l -1 /Imin- 1

Ifcci = jz| 4[o,17itA/<KA)2] if 1/Imin - 1 ...(41) 25 Neem nu aan, dat a = 0,83 jum, NA = 0,6 en Imin = 0,7.

De bovenstaande ongelijkheid kan als volgt worden herschreven.

löcls Z C (0,44/0,36) /"o,4286 = 0,81 /jm.

Wanneer anderzijds wordt aangenomen dat X= 0,83 jum, NA = 0,5 en Imin = 0,7, dan geldt: 30 }z|4. (0,44 X 0,36)/0,25 = 1,16 jim.

De defocusseerspeling 5c ligt binnen het traject van 0,5 tot 2,0 yum.

Wanneer de minimale defocusseerhoeveelheid 5c wordt gesubstitueerd in de noemer van vergelijking (22), wordt betrekking h3 = R0 verkregen. Derhalve wordt vergelijking (42) als volgt tot stand gebracht: 35 R0 = 2my Sc/(F+2Sc) ...(42), waarbij R0 de straal is van de op de licht-ontvangende oppervlakken van de fotodetectieeenheid 70 gevormde bundelstip, wanneer de lichtafschermplaat 62 is ingebracht in het optische systeem in de defocusseertoestand, zoals getoond in fig. 14. Het dient te worden opgemerkt, dat de licht-ontvangende 8400820 V * -19- 23824/JF/ts oppervlakken van de fotodeteetieeenheid 70 zijn geplaatst op het beeldvormende vlak van het smalle gedeelte van de bundel, dat wordt gevormd door de objeetieflens 50, zodat het beeld van het smalle gedeelte van de bundel in de net in-focusseertoestand wordt gevormd op de licht-ontvangende opper-5 vlakken. In vergelijking (42) is F de afstand tussen het gefoeusseerde punt ( positie van het smalle gedeelte van de bundel) en het knooppunt van de objeetieflens, dat zich bevindt aan de zijde van het gegevensregistratieme-dium, is y de straal van de uitgangspupil van de objeetieflens of de straal van de apertuur van de objeetieflens, is m de vermenigvuldiging van het ge-10 foeusseerde beeld ( transversale vermenigvuldiging) op de fotodetectie-eenheid en is Sc de defocusseerspeling (afwijkingsspeling of een afstand tussen de standaard objeetieflens en de licht-refleeterende laag.

Zoals wordt gegrepen uit fig. 14, kan tenzij de bundelstip zich gedeeltelijk buiten de fotogevoelige gebieden 78-1, 78-2 bevindt, de 15 defocusseertoestand stabiel en nauwkeurig worden gedetecteerd. De fotodeteetieeenheid 70 dient een groot aftastoppervlak te hebben met een grotere straal dan die van een cirkel, die als volgt wordt gegeven: R0=^2my/(F+ So)| x Sc ( oc is bij voorkeur 0,002 mm).

Neem nu aan, dat de licht-ontvangende oppervlakken van de fotodetec-20 tieenheid 70 zo zijn ingericht, dat deze afwijken van een vlak ( dat wil zeggen het beeldvormende vlak) waarop een beeld van het smalle gedeelte van de bundel wordt gevormd door de objeetieflens 50 en de projectielens 66.

Wanneer licht met een cirkelvormige doorsnede en een uniforme verdeling invalt op de lens van het detectiesysteem ,wordt de scherptediepte 25 z van het focusseersysteem gegeven als Z = (1/2)(f/a)2A.. Wanneer echter licht met de Gauss-verdeling invalt op de lens van het detectiesysteem, wordt de scherptediepte Z gegeven als Z = (1/ri)(f/a) X. In deze betrekkingen is f de brandpuntsafstand van de detectiesysteemlens,vervaardigd van een enkele lens of een samengestelde lens, is a de straal van een invallende bundelstip 30 aan het knooppunt aan de voorzijde ( geplaatst aan de zijde van de objectief-lens ) van de lens ( of een lensgroep) voor het detecteren van de net in-focus-seertoestand en is λ. de golflengte van de gebruikte lichtbundel. Derhalve kunnen de licht-ontvangende oppervlakken van de fotodeteetieeenheid aanzienlijk worden verplaatst, daarbij de scherptediepte Z overschrijdend. In de 35 praktijk varieert de intensiteitsverdeling van de op de detectiesysteemlens invallende lichtbundel in overeenstemming met de typen optische systemen. In elk geval moeten de licht-ontvangende oppervlakken van de fotodetectieenheid 70 over een afstand groter dan Z = (1/r£)(f/a)^ X. worden verplaatst.

*· η Λ o ,·, -20- 23824/JF/ts I De invloed van de diffractie van licht op de defoeusseerdetectie- gevoeligheid zal nu onder verwijzing naar fig. 15A tot en met 15C worden beschreven. Verwijzend naar deze figuren, geeft verwijzingscijfer 70A een fotodetectieeenheid aan, die zich bevindt op een positie tussen de projec-5 tielens 66 en het brandpunt daarvan en verwijzingscijfer 70B geeft een fotodetectieeenheid aan, die is geplaatst op een positie, die verder weg ligt, dan het brandpunt van de projectielens 66. Wanneer 'een geringe defo-cussering optreedt, wordt een halfcirkelvormig stipgedeelte met een straal h 3 = 2mrS/(fO +b) (waarbij r de straal van de apertuur van de objectieflens 10 50 is) gevormd op de fotodetectieeenheid 70, die is ingericht bij het beeldvormende vlak, zoals kan worden gezien uit de bovenstaande vergelijking (23). Dit halfcirkelvormig stipgedeelte wordt gedetecteerd door een fotogevoelig gebied om de defocussering te detecteren. In de net in-focusseertoestand echter heeft dit halfcirkelvormig stipgedeelte een stipgrootte van 0,82 ml/R.NA, 15 zoals te zien uit bovenstaande vergelijking (28) , vanwege de invloed van de diffractie van licht. Vanwege deze reden wordt de detectiegevoeligheid nabij de net in-focusseertoestand verslechterd, dat wil zeggen in het traject dat door de bovenstaande vergelijking (31) wordt gegeven. Dit verschijnsel kan in termen van fysica als volgt worden toegelicht.

20 In het in fig. 15A tot en met 15C getoonde optische systeem hebben

de uit de objectieflens 50 en naar de projectielens 66 gerichte lichtstralen feitelijk geen uniforme intensiteit, maar een Gauss-verdeling, zoals getoond in fig. 12 en 13· Derhalve vallen de lichtstralen met een verdeling, zoals getoond in fig. 16, in op de licht-ontvangende oppervlakken van de tweede 25 fotodetectieeenheid 70. Verwijzend naar fig. 16 komt de door streeplijn I aangegeven weg overeen met een geval > waarin de lichtafschermplaat ê2 in het geheel niet is ingebracht in de weg van de lichtstralen. De door de doorgetrokken lijn II aangegeven weg, komt overeen met een geval, waarin de lichtafschermplaat 62 in de optische weg is ingebracht. In de net in-focusseer-30 toestand zijn de licht-ontvangende oppervlakken van de tweede fotodetectieeenheid 70 gepositioneerd op een positie X0. In de defocusseertoestand zijn de licht-ontvangende oppervlakken van de tweede fotodetectieenheid 70 gepositioneerd op een positie X1 of X2. Het wordt gezien uit fig. 16, dat wanneer een geringe defocussering optreedt, de detectiegevoeligheid van de 35 tweede fotodetectieenheid 70 kleiner is dan de geschatte waarde. In de toestand dicht bij de net in-focusseertoestand, dat wil zeggen, wanneer een geringe defocussering optreedt, worden de licht-ontvangende oppervlakken van de tweede fotodetectieeenheid 70 verplaatst tussen de posities X1 en X2. Binnen dit traject echter, verandert een projectiepositie van lichtstralen II

840082Q

Λ Λ -21- 23824/JF/ts slechts lichtelijk en een detectie fout is uitermate klein in vergelijking met die, welke wordt verkregen, wanneer de licht-ontvangende oppervlakken van de tweede fotodetectieenheid 70 buiten het traject tussen de posities X1 en X2 vallen. Binnen dit traject is eveneens de divergentiehoek van.de 5 lichtstralen I klein in vergelijking met het geval, waarin de licht-ontvangende oppervlakken van de eenheid 70 niet in dit bereik vallen. Zoals kan worden gezien uit de wegen van de lichtstralen I en II, die in fig.

16 zijn getoond, wordt het op de licht-ontvangende oppervlakken van de fotodeteotieeenheid gevormde patroon afgeweken langs de richting van inbren-10 ging van de lichtafschermplaat 62 in overeenstemming met de defocusseer-hoeveelheid S' en strekt zich uit in een richting, die loodrecht staat op deze inbrengrichting.

De afwijking van de positie van de tweede fotodeteotieeenheid 70 van het brandpunt van de objectieflens 50, hetgeen resulteert in een ideaal 15 optisch gedrag, vrij van de invloed van golfoptica, zal wbrden beschouwd.

In het algemeen verschilt afhankelijk van het gebruikte optische systeem de lichtintensiteitsverdeling bij het convergentiepunt. Een geval van het optische systeem met een Gaussverdeling zal echter worden geschouwd. Wanneer de bundelstipstraal bij het convergentiepunt (smalle gedeelte van de bundel) 20 van de projectielens 66 wordt vertegenwoordigd door en de golflengte van licht wordt vertegenwoordigd door X , wordt een bundelstipdiameter w(Z) bij een positie op een afstand Z van dit gefocusseerde punt ( het smalle gedeelte van de bundel) gegeven door: w(Z) = w 1ί + (Xz/rtwn2)2 ...06).

25 Wanneer Z betrekkelijk groot is,kan een benadering worden verkregen: w(Z) = 1 + (Xz/rO»Q2)2 V Z/«w0 + (1/2) (rtw03/ λζ) . ·. (O).

De eerste term van vergelijking (O) vertegenwoordigt het geome-trische/optische gedrag en de tweede term vertegenwoordigt de stipuit-30 breiding vanwege de golfoptica. Wanneer derhalve de waarde van de eerste term 4 maal of meer dan die van de tweede term is, kan in hoofdzaak geome-trisch/optiseh gedrag worden verkregen.

Als een conditie voor: \z/ti»Q >4 x 0/2)(ι^ο3/λζ) 35 verkrijgen we uit: Z2 > 2(iï»02/X)2 z >f? x η»02/λ ... (44).

8 4 Ώ G 8 2 0 _' ·_ ·ΤΓ ~ ** ----—---—^^

X

-22- 23824/JF/ts

Wanneer de radius van een door de objectieflens 50 gevormde bun-delstip wordt.vertegenwoordigd door en de transversale afbeeldings-vermenigvuldiging van het optische systeem wordt vertegenwoordigd door m in het optische systeem, dat in fig. 17 tot en met 20 is getoond, wordt de 5 straal «q van het door de projectielens 66 gevormde smalle gedeelte van de bundel ongeveer gelijk aan m«Q*. Een ideale theoretische waarde wordt verkregen door het berekenen van Wq *= O^lmX^NA, onder gebruikmaking van de vergelijking w * = al/2 = 0,41 /L/NA gegeven door vergelijking (24) en door gebruikmaking van de hierboven beschreven betrekking Z > .

10 In het in fig. 4 en 20 getoonde optische systeem of dat getoond in fig. 21A en 21B, kan een ideaal theoretische waarde worden verkregen van Wq* = ak/2 s 0,4lmA/R.WA, gegeven door vergelijking (28) en de betrekking Z > VSxv^’/L·

De in fig. 17 tot en met 20 getoonde optische systemen zullen kort 15 worden beschreven. In het in fig. 17 getoonde optische systeem zijn de optische as van de objectieflens 50 en die van de projectielens 66 niet gemeenschappelijk en kruisen elkaar. In het in fig. 18 getoonde optische systeem worden een spiegel 82 en een convergerende lens 84 gebruikt in plaats van de lichtafschermplaat 62. In het in fig. 19 getoonde optische systeem wordt 20 een via een op afstand van de optische as liggend gebied passerende laserbundel geprojecteerd op de objectieflens 50. In het in fig. 20 getoonde optische systeem wordt een biprisma 86 gebruikt in de plaats van de lichtafschermplaat 62. Deze optische systemen zijn gedetailleerd beschreven in de Amerikaanse octrooiaanvrage 399.873 en de Europese octrooiaanvrage 25 82 106 508.3 en naar deze aanvragen wordt verwezen voor verdere details.

In het in fig. 21A en 21B getoonde optische systeem is een cilindrische lens 88 ingericht tussen de projectielens 66 en de fotodetectieeenheid 70.

De overlangse as van de projectielens 66 is parallel aan de inbrengrichting van de lichtafschermplaat 62. Dit optische systeem is beschreven in de 30 op 10 september 1982 ingediende Amerikaanse octrooiaanvrge 416.694 en de op 8 september 1982 ingediende Europese octrooiaamvrage 82 108 269.0 en voor verdere details wordt verwezen naar deze octrooiaanvragen.

Aangezien Z = (f/a)^X, wordt benedenstaande vergelijking (45) verkregen: 35 (f/a)2λ> lfêtw02/X ...(45).

Deze vergelijking (45) zal worden beschouwd.

Wanneer parallelle lichtstralen met een uniforme intensiteitsver-deling invallen op de detectiesysteemlens in de net in-focusseertoestand, kan wanneer een convergentiehoek wordt vertegenwoordigd door 2Θ, de diameter 8400820 -23- 23824/JF/ts dO van de stip bij het gefocusseerde.punt worden gegeven door: dO = 2 W = 2Λ/ η Θ, wanneer de hoek Θ voldoende klein is, vanaf & = a/f, hebben we: (1/ tl) (f/a)2l =tC u 02/λ ^ V2 it« 02/I<.VT π: I,) 0,2/λ, 5 waarbij w * de bundelstipradius is, wanneer de vergelijking (37) wordt gebruikt.

Wanneer de tweede fotodeteetieeenheid 70 wordt ingericht op een positie, die afwijkt van het beeldvormend vlak in de net in-focusseertoe-stand, kan deze naar of weg van de projectielens langs de optische as worden 10 verschoven. Wanneer echter de tweede fotodeteetieeenheid 70 naar de detectiesysteem! ens of de projectielens 66 wordt verschoven, wordt de totale inrichting compacter wat betreft grootte.

Vervolgens zal een in fig. 22A getoond optisch systeem worden beschreven. In dit optische systeem is de tweede fotodeteetieeenheid 70 be-15 duidend verschoven van het brandpunt van de projectielens 66 en een volgfout wordt gedetecteerd door een enkele fotodeteetieeenheid 70. In dit optische systeem omvat zoals getoond in fig. 22B de fotodeteetieeenheid 70 vier fotogevoelige gebieden 78-1 A, 78-1B, 78-2A en 78-2B. Wanneer detectie-sjgnalen van deze fotogevoelige gebieden 78-1A, 78-1B, 78-2A en 78-2B res-20 peotievelijk worden vertegenwoordigd door St, S2, S3 en S4, wordt de berekening van: (S2 + S4) i (S2 + S3) elektrisch uitgevoerd voor het detecteren van een defocusseerhoeveelheid, en de berekening van: 25 (S1+S2) - (S3 + S4) elektrische uitgevoerd voor het detecteren van een volgfout. Overeenkomstig is in dit systeem de "balans-werkwijze” aangenonen voor detectie van de volgfout. Specifieker wordt een van de licht-reflecterende laag of registratïe-laag 24 van de optische schijf 12 met een fijn patroon van uitsteeksels of 30 uitsparingen daarin gereflecteerd lichtdiffractiepatroon elektrisch geobserveerd, teneinde elke volgfout te detecteren. Wanneer echter de "balans-werkwijze" wordt aangenomen, wordt indien de foto-gevoelige oppervlakken van de fotodeteetieeenheid 70 zijn geplaatst ter plekke van de vorming van een verwijderd-veldpatroon voor de licht-reflecterende laag 24, een groot 35 volgfout-detectiesignaal verkregen. Daarentegen wordt, wanneer de fotodetec-tieeenheid 70 is geplaatst ter plekke van het beeldpatroon nagenoeg geen voglfout-deteetiesignaal verkregen. Derhalve is in het in fig. 22B getoonde optische systeem de fotodeteetieeenheid 70 bij voorkeur dicht bij de plaats van vorming van het verwijderde-veldpatroon Ingericht. In een optisch systeem 8400820 -24- 23824/JF/ts echter, waarbij de fotodetectieeenheid is geplaats bij de plaats van vorming ! van het verwijderde-veldpatroon en de defocusseerhoeveelheid en volgfout tegelijkertijd worden gedetecteerd, veroorzaakt een op het verwijderde-veldvlak gevormde patroonverstoring, die wordt veroorzaakt wanneer de laserstip de 5 continue volggeleiding kruist, verstoring van het defocusseer- detectiesignaal. Dit verslechtert de defocusseerdetectiegevoeligheid. Dit nadeel wordt in het in fig. 22A getoonde optische systeem veroorzaakt.

De fotodetectieeenheid 70 dient dus niet op het verwijderde-veldvlak te worden ingericht. Door vele uitgevoerde proefnemingen is bevestigd dat 10 zelfs wanneer de laserstip de volggeleiding met de uitstekende of uitgespaarde vorm op de lichtregistratielaag 24 van de optische schijf 12 kruist er feen foutsignaal, dat de defocusseerdetectie nadelig kan beïnvloeden zal worden opgewekt. Wanneer het verwijderde-vèldvlak overeenkomt met het Fraunhofer-gebied, dient de fotodetect1' eenheid 70 te worden geplaatst 15 op e^n positie, die dichter bij het beeldvormende vlak is dan de grens tussen het Fresnel-gebied en Fraunhofer-gebied. Wanneer een stipgrootte d0 bij het brandpunt van de projectielens 66 wordt gedefinieerd als de breedte ( diameter), waarbij de intensiteit 1/e wordt, (waarbij de centrale maximale intensiteit 1 is), heeft de feitelijke bundelstip een 20 grootteuitbreiding van rond 3,9 dO. De grootte van 3,9 d0 komt overeen met het traject,dat de donkere ring buiten de tweede orde pieken van het Airy-patroon bevat. Aangezien de grens tussen de Fraunhofer- en Fresnel-gebieden voor het patroon met een dergelijke uitbreiding ongeveer wordt gegeven door (3,9 d0)^/\ is de afstand tussen het brandpunt van de projec-25 tielens 66 en de fotodetectieeenheid 70 bij voorkeur minder dan ten minste (3,9 d0)2/X in de net in-focusseertoestand.

Het bundelstipgedrag op de fotodetectieeenheid in de defocusseer-toestand zal nu worden onderzocht. Vergelijkingen tot en met (23) zijn voor een geval, waarbij, de tweede fotodetectieeenheid 70 is ingericht bij 30 het beeldvormende vlak op de licht-reflecterende laag 24 van de optische schijf 12. Overeenkomstig zullen nu vergelijkingen voor het geval, waarin de tweede fotodetectieeenheid 70 is ingericht op een positie die afwijkt van het beeldvormende vlak op de licht-reflecterende laag 24 van de optische schijf 12 worden verkregen. Het totale optische systeem zal worden beschouwd 35 als een samengestelde lens. In de net in-focusseertoestand, dat wil zeggen, wanneer het brandpunt van de objectieflens 50 samenvalt met de licht-reflecterende laag 24 van de optische schijf 12, wordt de afstand A0 tussen het achterste knooppunt van de samengestelde lens en het brandpunt daarvan gegeven 8400820

A

-25- 23824/JF/ts uit vergelijking (15) door: AO = f* (1+ m) ...(46), waarbij m de transversale vermenigvuldigingsfactor en f de brandpuntsafstand van de samengestelde lens is. Wanneer de fotodetectieeenheid is 5 geplaatst op een positie , die een afstand Δ naar de samengestelde lens is verschoven, wordt de afstand A tussen het achterste knooppunt van de samengestelde lens en de fotodetectieeenheid 70 gegeven door: A = AO -Δ = f*(1+m)-A ...(47).

10 Wanneer vergelijking (47) wordt gesubstitueerd in vergelijking (21) hebben we: h2 = h* - AJ32 = J3o|+A/m - (+ m + A/f*).2Sj[

Substitutie van vergelijking (20) in de bovenstaande vergelijking 15 verschaft: h2 = |+ Λ/m - (+ m+A /f*).2o].|y/ |[f0 + (1-a/f0)(2& +b)l}: ...(48)

Deze vergelijking (48) kan op een betrekkelijk groot gebied van optische systemen voor defocusseringsdetectie worden toegepast en kan als een algemene formule worden gebruikt. Wanneer wordt aangenomen, dat A= 0 20 in vergelijking (48),wordt vergelijking (21) verkregen. Wanneer wordt aangenomen dat Δ= 0 en b = 0 in vergelijking (48), wordt vergelijking (10) verkregen .

De toestand dichtbij de net in-focusseertoestand zal worden beschouwd. Wanneer de straal van de apertuur van de objectieflens 50, dat wil zeggen 25 de uitgangspupiljwordt vertegenwoordigd door r, a op nul wordt ingesteld en de afstand F tussen het hoofdknooppunt van de objectieflens 50 dichter bij de optische schijf 12 is, het convergentiepunt (smalle gedeelte van de bundel), is ingesteld om te voldoen aan F = f0 + b en F + 2$· = F(S«F), kan bovenstaande vergelijking (48) als volgt worden herschreven; 30 h2 Δ/m + (+ m +A/f*) x 2 S). r/Fj ....(49)

Bovenstaande vergelijking (49) geeft de afstand aan tussen het centrum van de bundelstip op de fotodetectieeenheid 70 langs de optische as en de buitenste omtrek daarvan. Indien overeenkomstig het totale oppervlak van licht-ontvangende gebieden van de fotodetectieeenheid 70 niet groter 35 is dan dat van de cirkel met de door de volgende formule gegeven straal: |h2 j s r/F A/s + (+ m + A/f*) x 2ScJ, strekt de bundelstip op de fotodetectieeenheid 70 zich uit buiten de gebieden voor een gegeven defocusseerspeling Sc, en een detectieuitgang wordt verzwakt. Wanneer wordt aangenomen, dat |Sc!-ir2,0 jjm, aangezien in het 8400820 * > -26- 23824/JF/ts algemeen m>>/f*, volgt, indien Δ>0, uit d = + |5c( dat __ ______ jh2 j groter ia indien B = - J8c^.

Wanneer echter Δ^Ο, volgt uit S = - l5c| 5 dat h2 groter is wanneer θ’ = + |<5ο[

Een conditie voor het bereiken van de maximale waarde van h2 wanneer j<$c 1^2,0 jam wordt veroorzaakt, wordt gegeven te zijn:

Rd = |h2j = γ/Ρ^|Δ|/πι + (m + l&|/f* ) x 2 |öct^

Zelfs wanneer overeenkomstig de defocussering van l<5c| = 2,0 jim "*0 wordt veroorzaakt, indien de fotodetectieeenheid fotogevoelige gebieden heeft met een straal van minder dan Rd, kan de bundelstip zich niet buiten de eenheid 70 uitstrekken en een detectieuitgang kan niet worden verzwakt,

De toelaatbare verschuivingshoeveelheid & van de fotodetectie eenheid 70 zal nu worden berekend. Hier wordt een conditie a = 0 beschouwd.

15 Met andere woorden wordt alleen de weg van de lichtstralen op een afstand y van de optische as en op een afstand a van de objectieflens 50 en de toestand nabij de net in-focusseertoestand ( 5=0) beschouwd. Aannemende dat F = f0 + b, kan derhalve vergelijking (45) als volgt worden herschreven: h2 = [+A/m + (7 m +&/f*) .25 }£y/(f0+b)} 20 s^+^/m + (+ m + &/f*). 2¾] (y/F) ...(50).

Dat wil zeggen, dat met de defocusseerhoeveelheid 5, de lichtstralen op de eenheid 70 worden verschoven over een afstand:

£(+ m + A/f* ) x 2y δ] /F

en de defocussering wordt gedetecteerd. Wanneer echter de fotodetectieeen-25 heid is ingericht op een positie die afwijkt van het beeldvormende vlak voor de licht-reflecterende laag 24 van de optische schijf 12, wordt de laserstip verschoven op de eenheid vanwege de vertikale verplaatsing van de optische schijf 12 of dergelijke. Zelfs wanneer het optische systeem in de net in-focusseertoestand is, wordt dan de defocusseertoestand onjuist 30 gedetecteerd. De verplaatsing van de bundelstip wordt aldus berekend. De hellingshoek van de licht-reflecterende laag 24 van de optische schijf 12 met betrekking tot de horizontale toestand daarvan wordt vertegenwoordigd door 0. Wanneer de hoofdlichtstralen,passerend langs de optische as van de objectieflens 50 worden gereflecteerd door de optische schijf 12 en 35 het voorste hoofdvlak van de objectieflens 50 bereiken, wordt de verschuiving of afwijking θ van de bundelstip in de net in-focusseertoestand gegeven door : t) = 26F, 8400820 -27- 23824/JF/ts waarbij F de afstand is tussen het voorste knooppunt van de objectieflens 50 en het beeldvormende vlak van de optische schijf 12, Wanneer de straal van de uitgangspupil of apertuur van de objectieflens 50 wordt vertegenwoordigd door r, wordt een verhouding p van de bundelverschuiving op de 5 objectieflens 50 gegeven door: p = η/r = 26F/r.

Uit de geometrische/optische karakteristieken, wordt de afwijking ^ van de hoofdlichtstralen op de fotodetectieeenheid 70 gegeven uit vergelijking (50) als: 10 § = +Ar/mF x p = + 20 Δ/m. ...(51)

De speling van de défocusseerhoeveelheid Sc, wanneer de optische schijf 12 is geheld, zal nu worden beschouwd. De schuifhoeveelheid Hc van de buitenste oratrek van de bundelstipeenheid 70, wordt gegeven door:

Hc = 2r5c x (+m+A/f*)/F ...(52) 15 Een vergelijking van vergelijkingen (51) en (52) onthult, dat de afwijking ^ van de stip op de fotodetectieeenheid 70, die wordt gegeven door vergelijking (51) een waarde aangeeft, wanneer de apertuur van de objectieflens 50 oneindig groot is. In de praktijk echter wordt door de licht-reflecterende laag 2H van de optische schijf 12 gereflecteerd licht 20 begrensd door een eindige grootte van de apertuur of de pupil van de objectieflens 50. De lichtstralen worden verder begrensd door de messnede, het prisma, de spiegel en dergelijke. Vanwege deze reden beweegt de stip zelf niet veel op de fotodetectieeenheid 70, maar de intensiteitsverdeling in de stip verandert. Vergelijking (52) verschaft een verandering in de 25 buitenste positie van de stip op de fotodetectieeenheid 70 in de defocus-seertoestand. Wanneer echter de totale verschuiving van de stip op de fotodetectieeenheid 70 inde defocusseertoestand wordt beschouwd, dienen eveneens de posities van de einden van de messnede, het prisma, de spiegel en dergelijke te worden beschouwd. De totale verschuiving van de stip kan dus 30 niet worden verkregen met alleen vergelijkingen (51) en (52). Een benaderde schatting kan echter worden verschaft.

Voor de hellingshoek θ van de optische schijf 12 met betrekking tot de horizontale toestand ervan, werkt het optische systeem stabiel zonder een beduidende defocussering binnen het schuiftraject van: 35 |fc(e, Δ) | £ |hcJ,

Wanneer wordt aangenomen dat m^<A/f* in vergelijking (52) is, en wanneer berekeningen worden uitgevoerd, waarbij de helling, defocussering of de afwijkingsrichting van de eenheid 70 van het beeldvormende vlak worden verwaarloosd en wordt aangenomen dat Θ )> 0 , Sc ^ 0 en Δ )>0, hebben we 8400820 -28- 23824/JF/ts uit vergelijkingen (51) en (52): 2θΔ/πι £ 2rSc x (+ m+Δ/f*)/F ...(53)

Een maximale toelaatbare waarde 9max van de hoek Θ in het systeem volgens de DAD-standaarden, wordt gegeven te zijn: 5 ©max = 1° = Χ/1δ0 (radialen).

Wanneer deze waarde wordt gesubstitueerd in vergelijking (52), geldt: (Omax/m + r6c/f*F)£/£ rmSc/F' , en de toelaatbare schuifhoeveelheid Δ van de fotodetectieenheid 70 wordt berekend te zijn: 10 Δ £ rmSc x (FOmax/m - ySc/f*)" .

Wanneer wordt aangenomen dat en de term Δ/f* wordt geëli mineerd, kan vergelijking (53) worden herschreven als: 2A®max/m <_ 2r&c x m/F en 15 rra2Sc/Femax,

Zoals duidelijk zal zijn uit de bovenstaande beschrijving, is het totale oppervlak van de fotogevoelige gebieden 78-1A, 78-1B, 73i-2A en 78-2B van de fotodetectieeenheid 70 groter dan dat van een cirkel met de straal RO = 2myM/(F+So) indien de fotogevoelige gebieden zich bevinden op 20 het beeldvormende vlak. Wanneer echter de fotogevoelige gebieden zijn verschoven van het beeldvormende vlak langs de optische as met de hoeveelheid Δ , wordt het totale oppervlak groter dan dat van een cirkel met de staal Rd = (r/F)£)A|/m + ( m +|&j/f*) x 2 jSc | J .

Aangezien dus de tweede fotodetectieeenheid 70 zich bevindt op een 25 positie, die lichtelijk is verschoven van het beeldvormende vlak of het convergentiepunt, treedt het beeldpatroon van de informatieregistratie-kuilen in de licht-reflecterende laag 24 van de optische schijf 12 duidelijk op de fotodetectieeenheid 70 op en wordt geen enkel storingsruissignaal opgewekt. Zelfs wanneer de schijf 12 is vervormd eivhet substraat helt, 30 wordt de defocussering vanwege aberratie van de objectieflens 50 minder frequent veroorzaakt. De defocusseerdetectiegevoeligheid wordt niet verslechterd in de toestand dichtbij i de net in-focusseertoestand en een detectie-gevoeligheid die in hoofdzaak dichtbij de waarde ligt, die is berekend volgens de geometrisch/optische karakteristieken wordt verkregen. Een lens met 35een betrekkelijk grote aberratie kan worden gebruikt als een detectiesysteem-lens en optische karakteristieken worden niet verèlechterd, zelfs wanneer een dergelijke lens wordt gebruikt. Wanneer het beeldpatroon van deL informatie van de licht-reflecterende laag 24 is uitgesmeerd op de fotodetectie- 8400820 -29- 23824/JF/ts eenheid 70 in de net in-focusseertoestand, wordt de invloed van de aberratie van de lens of kuilen verminderd, en de posztiefoutmarge van de eenheid 70 op de defocusseerdetectiegevoeligheid is verbeterd. Wanneer de fotodetectie-eenheid 70 niet wordt bewogen totdat dit het lichtdiffraetiepatroon van de 5 uitsteeksels of groeven op de licht-reflecterende laag 24 ontvangt, kan de-focusseringsdetectie stabiel en betrouwbaar worden uitgevoerd.

Wanneer het licht-ontvangende oppervlak van de fotodetectieeenheid 70 een oppervlak heeft, dat groter is dan dat van een cirkel met een straal (r/F)^jA|^m + (m +}Δ} /f*.2 J 5cJ ^ , strekt zelfs wanneer de defocussering 10 wordt veroorzaakt, de bundelstip zich niet buiten de eenheid 70 uit en het defocusseringsdetectiesignaal wordt niet verzwakt. Zelfs wanneer een lichtelijke defocussering optreedt, wordt overeenkomstig een defocusseringsdetectiesignaal met een bevredigend niveau verkregen, zodat de positiecorrectie van de objectieflens 50 met betrekking tot een dergelijke defocussering 15 eenvoudig kan worden uitgevoerd.

Wanneer de afstand Δ tussen het beeldvormende vlak in de net in-focusseertoestand en de fotodetectieeenheid 70 ligt binnen het traject vant |A[<rra§e/(F0max/m - y8c/f*) 20 voor Oraax = X/180 en 5c = 1 ^im, kan betrouwbare en stabiele focusserings-werking worden uitgevoerd, zelfs wanneer er een lichte helling in de optische schijf 12 of derfeelijke is. Zelfs wanneer optische schijf 12 helt tot ©max = 1°, wordt een defocussering niet veroorzaakt tot Sc = 1,0Jum, zodat de optische kop stabiel kan werken.

8400820

Claims

1. Optische kop voor het focusseren van een lichtbundel op een licht-reflecterend oppervlak, omvattende een orgaan voor het opwekken van een 5 lichtbundel, een orgaan voor het overdragen van de lichtbundel, een objectieflens, die de overgedragen lichtbundel omzet in een convergerende lichtbundel met een smal gedeelte, de lichtbundel op het licht-reflecterende oppervlak projecteert en de door het licht- reflecterende oppervlak gereflecteerde divergente lichtbundels convergeert, een orgaan voor het afhankelijk 10 van de afetand tussen de objectieflens en het licht-reflecterende oppervlak afbuigen van de van de objectieflens naar het lenssysteen gerichte lichtbundel, een orgaan voor het convergeren van de door het afbuigorgaan overgedragen lichtbundel in een convergentiepunt en een fotodetector met foto-gevoelige gebieden, waarop de geconvergeerde lichtbundel wordt geprojecteerd, 15 met het kenmerk, dat de objectieflens (50) een convergentiepunt heeft en een inherente maximale defocusseerspeling + Sc met betrekking tot het convergentiepunt en de fotogevoelige gebieden (78-1, 78-2, 78-1A, 78-1B, 78-2A, 78-2B) van de fotodetector (70) een totaal oppervlak hebben, dat groter ié dan een oppervlak van de bij de fotodetector (70) gevormde bundel-20 stip, wanneer de lichtbundel op de maximale defocusseerspeling Sc wordt geprojecteerd en door het licht-reflecterende oppervlak (24) wordt gereflecteerd. '

2. Optische kop volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de fotogevoelige gebieden (78-1, 78-2, 78—IA, 78-IB, 78-2A, 78-2B) van de fotodetec- 25 tor (70) op het convergentiepunt van het convergentieorgaan (66) zijn geplaatst .

3. Optische kop volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de fotogevoelige gebieden (78-1, 78-2, 78-1A, 78-1B, 78-2A, 78-2B) een totaal oppervlak hebben, dat groter is dan het oppervlak van een cirkel met een 30 straal R0 die wordt gegeven door: R0 = 2 my$c/(F + 2§c) waarbij F een afstand is tussen een knooppunt van de objectieflens (50), dat aan de zijde van de licht-reflecterende laag (24) is en het convergentiepunt van de objectieflens (50), y de straal van een uitgangspupil of 35 een apertuur van de objectieflens (50) is en m een vermenigvuldiging van de op de fotogevoelige gebieden (78-1, 78-2, 78-1A, 78-1B, 78-2A, 78-2B) gevormde bundelstip is.

4. Optische kop volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de foto- 1400820 v. f -31- 23824/JF/ts gevoelige gebieden (78-1, 78-2, 78-1A, 78-T3, 78-2A, 78-2B) van de foto-detector (70) zich bevinden op een punt, dat met een kleine afstand Δ afwijkt van fcet convergentiepunt van het convergeerorgaan (66).

5. Optische kop volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de f oto- 5 gevoelige gebieden ( 78-1, 78-2, 78-1A, 78-1B, 78-2A, 78-2B) een totaaloppervlak hebben, dat groter is dan het oppervlak van een cirkel met een straal Rd, die wordt gegeven door: Rd = ( r/F ) [Ιδ! /m + (m + ) Ai /f*) 2 I 5c]} waarbij F de afstand is tussen een knooppunt van de objectieflens (50), 10 dat aan de zijde van het licht-reflecterende oppervlak (24) is en het convergentiepunt van de objectieflens (50), r de straal is van een uitgangs-pupil van de objectieflens (50), m een vermenigvuldiging is van de op de fotogevoelige gebieden (78-1, 78-2, 78-1A, 78-1B, 78-2A, 78-2B) gevormde bundelstip en f de brandpuntsafstand van het optische systeem is.

6. Optische kop volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de maximale defocusseerspeling 5e ongeveer 2,0 μτα is.

7. Optische kop volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de maximale defocusseerspeling Se rond 1,0 jüm is.

8. Optische kop volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de kleine af-20 stand Δ wordt gegeven door: |Δ| £ ymSc/(F8max/m - yêc/f*), waarbij y de afstand is tussen de optische as (64) en een punt van het hoofddak van de objectieflens (50), waardoor de lichtbundel passeert en Bmax een hellingshoek van een optische schijf (12) is.

9. Optische kop volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de kleine afstand Δ wordt gegeven door: Λ rm oc/FOmax, waarbij 0max de hellingshoek van het licht-reflecterende oppervlak (24) van de optische schijf (12 ) is. 30 Eindhoven, maart 1984. 8400820 *»