DE3023779A1

DE3023779A1 - Verfahren zum feststellen der scharfeinstellung eines objektivs in bezug auf einen gegenstand und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3023779A1
Application number: DE19803023779
Authority: DE
Inventors: Kenichi Ito; Kiichi Kato; Toru Musha
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1979-06-25
Filing date: 1980-06-25
Publication date: 1981-02-05
Also published as: FR2459991B1; NL8003659A; DE3023779C2; GB2057218A; GB2057218B; NL192406C; NL192406B; FR2459991A1

Description

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VUESTHOFF-v.PECHMANN-BEiiÄNS-GokTZ

DIPL.-CHEM.DX. E. PKEtHEKK VON PECHMANN PKOFESSIONAL KEPKESENTATIVES BBFOKB THE EUROPEAN PATENT OFFICE DK.-ING. DIETEK BEHKBNS

MANDATAIRES AGREES PKiS I/OFFICE BDROPEEN DES BREVETS DIPU-ING.; DIPl.-iriRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

3 G 2 3 7 7 9 d-sooo München

lf}-53 762 W V* Vf I» SCHWEIGERSTRASSE 2

Olympus Optical Company Ltd., telefon:(oS₉)66ioh Tokyo, Japan tblegkamm: pkotectpatent

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Beschreibung

Verfahren zum Feststellen der Scharfeinstellung eines

Objektivs in bezug auf einen Gegenstand und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststellen der Scharfeinstellung eines Objektivs in bezug auf einen Gegenstand, an dem durch das Objektiv ein Lichtpunkt fokussiert werden soll, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zum Feststellen der Scharfeinstellung werden mit Vorteil auf eine Vorrichtung angewandt, bei der ein Abtastlichtpunkt durch ein Objektiv auf eine oder mehrere Informationsspuren projiziert wird, die an einem plattenförmigen Aufzeichnungsträger spiralig oder konzentrisch aufgezeichnet sind, um eine entlang der Spur aufgezeichnete Information auszulesen.

Bei einer Wiedergabe- oder Lesevorrichtung für einen derartigen Aufzeichnungsträger wird letzterer gewöhnlich als optische Bildspeicherplatte bezeichnet, in der optische und akustische

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Signale in kodierter Form als optische Information aufgezeichnet sind, deren optisches Verhalten durch Durchlässigkeit, Reflexion und Phasenverschiebung gekennzeichnet ist. Wenn die Bildspeicherplatte mit hoher Geschwindigkeit von beispielsweise 30 Umdrehungen je Sekunde, das sind 1800 Umdrehungen je Minute, gedreht wird, wird ein Laserstrahl, der von einer Laserlichtquelle, z.B. einem Helium-Neon-Gaslaser, ausgestrahlt wird, punktförmig auf die Spuren der Bildspeicherplatte gebündelt und mit ihm die optische Information ausgelesen. Eines der wichtigen Merkmale eines derartigen Aufzeichnungsträgers ist die sehr große Dichte der aufgezeichneten Information; somit ist die Breite der Informationsspur ebenso wie der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Informationsspuren sehr klein. Bei einer üblichen Bildspeicherplatte wie sie z.B. in der Philips Technical Review, Bd. 33, 1973, Nr. 7 beschrieben ist, beträgt die Spurteilung nur 2 μπι. Der Durchmesser des Lichtpunktes muß daher entsprechend.klein sein und beispielsweise zwischen 1 und 2 μΐη betragen. Damit aus derartigen Spuren von sehr kleiner Breite und Teilung die aufgezeichnete Information einwandfrei ausgelesen werden kann, muß ein Abstandsfehler zwischen dem Objektiv und den Spuren, also der Fokussierfehler, so klein wie möglich gehalten werden, um den kleinstmöglichen Durchmesser des Lichtpunktes zu erreichen.

Zu diesem Zweck ist die Wiedergabevorrichtung mit einer Fokussiersteuerung versehen, bei der Größe und Richtung eines Scharfeinstellüngs- oder Fokussierfehlers des Objektivs in bezug auf die Bildspeicherplattenoberfläche festgestellt oder erfaßt werden, um ein Fokussierfehlersignal zu erzeugen, und das Objektiv entsprechend dem erfaßten Fokussierfehlersignal in der Richtung seiner optischen Achse verstellt wird.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Ansicht eines optischen Systems einer optischen Wiedergabevorrichtung mit einem bekannten System zur Feststellung der Scharfeinstellung. Eine Licht-

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quelle 1 ist von einem Laser gebildet und sendet Licht aus, das in der Zeichnungsebene der Fig. 1 linear polarisiert ist. Das Licht wird von einer Kollimationslinse 2 zu einem parallelen Lichtstrahl geformt, der dann durch ein Polarisationsprisma 3 und eine Viertelwellenlängeplatte 4 hindurchtritt. Der Lichtstrahl wird von einem Objektiv 5 weiter gebündelt und als Lichtpunkt an einer Bildspeicherplatte 6 fokussiert, die eine oder mehrere Informationsspuren aufweist, welche sich aus Zinnen und Vertiefungen zusammensetzen. Sodann wird das Licht von der Informationsspur zurückgestrahlt und fällt auf das Objektiv 5 und die Viertelwellenlängeplatte 4 am Polarisationsprisma 3. Das an letzterem auffallende Licht wird rechtwinklig zur Zeichnungsebene polarisiert, weil es durch die Viertelwellenlängeplatte 4 zweimal hindurchgetreten ist und somit vom Polarisationsprisma 3 nunmehr reflektiert wird. Der vom Polarisationsprisma 3 zurückgestrahlte Lichtstrom wird von einer Kondensorlinse 7 und einer Zylinderlinse 8 in einem Punkt vereinigt. Da die Zylinderlinse 8 nur in einer Richtung zu fokussieren vermag, ändert sich die Gestalt des von der Kondensorlinse 7 und der Zylinderlinse 8 gebündelten Strahls entsprechend Fig. 1 in bezug auf einen scharfeingestellten Zustand in gegenseitig orthogonalen Richtungen, wenn sich die Bildspeicherplatte 6 nach oben und unten bewegt. Bei der bekannten Wiedergabevorrichtung wird diese Gestaltänderung von einem nicht dargestellten, in vier Sektoren unterteilten und an einer Brennebene des aus der Kondensorlinse 7 und der Zylinderlinse 8 bestehenden Systems angeordneten Lichtdetektor festgestellt, um ein Fokussierfehlersignal zu erzeugen. Das so erfaßte Fokussierfehlersignal wird einer Fokussiereinrichtung, z.B. einem Schwingspulen-Mechanismus, zugeleitet, der das Objektiv in seiner Achsenrichtung verstellt.

Da bei dem bekannten System zum Feststellen der Scharfeinstellung ein verhältnismäßig langer Lichtweg erforderlich ist, um den Lichtstrahl nach der Reflexion durch das Polarisationsprisma 3 zu bündeln, besteht der Nachteil, daß ein optisches

System mit großen Abmessungen ausgeführt werden muß. Da der Lichtdetektor mit den vier Sektoren in drei axialen Richtungen exakt angeordnet werden muß, nämlich in der Richtung der optischen Achse und in zwei zu ihr rechtwinkligen orthogonalen Richtungen, ist ferner die Lageeinstellung des Lichtdetektors recht kritisch und zeitraubend. Da außerdem ein dynamischer Bereich, in dem das genaue Fokussierfehlersignal aufgrund der Verformung des gebündelten Lichtstrahls erhalten werden kann, verhältnismäßig klein ist, kann ein Fokussierfehlersignal nicht erzeugt werden, wenn die Bildspeicherplatte 6 von einer gegebenen Stellung nur um einen relativ kleinen Abstand abweicht.

Bei der Wiedergabevorrichtung für die in der Informationsspur aufgezeichnete Information muß auch die Spurführungssteuerung so durchgeführt werden, daß der Lichtpunkt die Spur stets exakt abtasten kann. Es sind zwei Spurführungsverfahren vorgeschlagen worden, nämlich das Wobblingverfahren und das Drei-Strahl-Verfahren. Beim Wobblingverfahren wird der Lichtpunkt durch Rütteln des Objektivs oder eines zwischen der Lichtquelle und dem Objektiv angeordneten Spiegels in leichte Schwingungen über der Spur versetzt. Beim Drei-Strahl-Verfahren werden auf die Bildspeicherplatte drei Lichtstrahlen gleichzeitig mit in der Spurrichtung und rechtwinklig dazu kleinen Zwischenabständen projiziert. Das Drei-Strahl-Verfahren ist dem Wobblingverfahren insofern überlegen, als die Lichtstrahlen nicht mechanisch in Schwingung versetzt werden brauchen. Für die Vorrichtung zum Erfassen des Fokussierfehlersignals ist es daher von Vorteil, wenn das Spurführungsfehlersignal nach dem Drei-Strahl-Verfahren erfaßt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zum Erfassen eines Fokussierfehlersignals zu schaffen, das den Fokussierfehler eines Objektivs in bezug auf einen Gegenstand dars.tellt, an dem ein Lichtpunkt scharfeingestellt werden soll. Das Verfahren soll eine sehr große Empfindlichkeit für die Feststellung

der Scharfeinstellung aufweisen, die mittels eines optischen Systems von raumsparender Bauweise bequem durchführbar sein soll.

Die Aufgabe ist mit dem Verfahren gemäß dem Hauptanspruch 1 und mit der Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den zugehörigen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bei dem neuen Verfahren zum Erfassen eines Fokussierfehlersignals, das den Fokussierfehler eines Objektivs in bezug auf einen Gegenstand darstellt, an dem mit dem Objektiv ein .Lichtpunkt gebildet werden soll und bei dem ebenfalls aus einer Lichtquelle ausgesandtes Licht am Gegenstand fokussiert wird, wird von einem vom Gegenstand zurückgestrahlten Lichtstrom wenigstens ein Teil in ein optisches Bauteil mit einer Reflexionsfläche eingeleitet, die im scharfeingestellten Zustand zumindest annähernd unter einem kritischen Winkel in bezug auf einen Lichtstrahl im reflektierten Lichtstrom angeordnet ist, und wird eine Änderung der Lichtverteilung des von der. Reflexionsfläche zurückgestrahlten Lichtstromes oder eine Änderung der Anteile von reflektiertem und von durch die .Reflexionsfläche hindurchfallendem Lichtstrom erfaßt, um das Fokussierfehlersignal zu erzeugen.

Die Vorrichtung zum Erfassen eines Fokussierfehlersignals entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hat einen zwischen der Lichtquelle und dem Objektiv angeordneten Lichtstrahlenteiler, der den von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahl zum Objektiv und einen vom Gegenstand reflektierten Lichtstrom in eine von der Ausstrahlrichtung der Lichtquelle verschiedene Richtung zu lenken vermag, ein Erfassungsprisma, das so ausgelegt ist, daß es wenigstens einen Teil des vom Gegenstand zurückgestrahlten Lichtstromes aufzufangen vermag und eine

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Reflexionsfläche hat, die zumindest annähernd unter einem kritischen Winkel in bezug auf einen Lichtstrahl im an der Reflexionsfläche auftreffenden reflektierten Lichtstrom angeordnet ist, einen Lichtdetektor mit wenigstens zwei Lichtempfangssektoren, die einen von der Reflexionsfläche zurückgestrahlten Lichtstrom oder von der Reflexionsfläche zurückgestrahlte und durchgelassene Lichtströme aufzufangen vermögen, um Ausgangssignale zu erzeugen, die an den Lichtempfangssektoren auftreffende Lichtstromanteile darstellen, und eine Schaltungsanordnung, welche die Ausgangssignale aus dem Lichtdetektor zu empfangen vermag, um ein Differenzsignal als das Fokussierfehlersignai zu bilden.

Die Erfindung schafft auch eine Vorrichtung zum Erfassen sowohl eines Spurführungs- als auch eines Fokussierfehlersignals sowohl nach dem Drei-Strahl-Verfahren als auch nach dem Wobblingverfahren in bezug auf einen plattenförmigen Aufzeichnungsträger mit wenigstens einer spiraligen oder konzentrischen Informationsspur, an der ein von der Lichtquelle ausgesandter Lichtstrahl als Lichtpunkt scharfeingestellt werden soll. Sie erfaßt ein Spurführungsfehlersignal des Objektivs in bezug auf die Informationsspur und hat

.- einen zwischen der Lichtquelle und dem Objektiv angeordneten Lichtstrahlenteiler, der den aus der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahl zum Objektiv und einen vom Aufzeichnungsträger zurückgestrahlten Lichtstrom in eine von der Ausstrahlrichtung der Lichtquelle verschiedene Richtung zu lenken vermag,

- ein Erfassungsprisma, das so ausgelegt ist, daß es wenigstens einen Teil des vom Aufzeichnungsträger zurückgestrahlten Lichtstromes auffängt, und eine Reflexionsfläche aufweist, die zumindest annähernd unter einem kritischen Winkel in bezug auf einen zentralen Lichtstrahl des an der Reflexionsfläche auftreffenden Lichtstromes angeordnet ist,

- eine Linse zum Bündeln des an der Reflexionsfläche auffallenden Lichtstromes,

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- einen Lichtdetektor mit wenigstens zwei Lichtempfangssektoren, der zumindest annähernd im Brennpunkt eines von der Reflexionsfläche zurückgestrahlten Lichtstromes angeordnet ist und dessen Lichtempfangssektoren an einer Ebene geteilt sind, die durch einen zentralen Lichtstrahl des von der Reflexionsfläche zurückgestrahlten Licht.stromes geht und zu einer Einfallsebene rechtwinklig ist, und

- eine Schaltungsanordnung, die Ausgangssignale aus den Lichtempfangssektoren zu empfangen vermag, um ein Differenzsignal als das Fokussierfehlersignal und das Spurführungsfehlersignal zu bilden.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 2 eine Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Feststellen der Scharfeinstellung gemäß der Erfindung ,

Fig. 3 ein Diagramm der Intensität von reflektiertem Licht mit einem Einfallswinkel nahe dem kritischen Winkel,

Fig. 4A, 4B und 4C Diagramme von Ausgangssignalen aus den Lichtempfangssektoren und eines Fokussierfehlersignals,

Fig. 5 eine Ansicht einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung zum Feststellen der Scharfeinstellung gemäß der Erfindung,

Fig. 6, 7, 8 und 9 Ansichten abgewandelter Ausführungsformen der Vorrichtung zum Feststellen der Scharfeinstellung gemäß der Erfindung,

Fig. 10 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. HA, HB und HC Darstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 10,

Fig. 12 eine Ansicht-einer abgewandelten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 10

Fig. 13 eine Ansicht einer noch anderen Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Erfassen eines

Fokussierfehlersignals und eines Spurführungsfehler-

signals nach einem Drei-Strahl-Verfahren, Fig. 14A, 14B und 14C Darstellungen zur Erläuterung der

Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 13, und ■ Fig. 15 und 16 Ansichten noch anderer Ausführungsformen der Vorrichtung zum Feststellen der Scharfeinstellung gemäß der Erfindung.

Fig.2 zeigt eine optische Wiedergabevorrichtung, in die eine Ausführungsform der Vorrichtung zum Feststellen der Scharfeinstellung gemäß der Erfindung eingebaut ist. Bei dieser Ausführungsform ist ein optisches System zum Projizieren eines Abtastlichtpunktes auf einen Aufzeichnungsträger gleich mit dem in Fig. 1 dargestellten. Ein von einer Laserlichtquelle 1 ausgesandter linear polarisierter Lichtstrahl wird von einer Kollimationslinse 2 zu einem parallelen Lichtstrahl geformt und fällt durch ein Polarisationsprisma 3 und eine Viertelwellenlängeplatte 4. Danach trifft der parallele Lichtstrahl an einem Objektiv 5 auf und wird an einer Informationsspur einer als Aufzeichnungsträger vorgesehenen optischen Bildspeicherplatte 6 als Lichtpunkt fokussiert. Der von der Bildspeicherplatte 6 zurückgestrahlte Lichtstrahl wird entsprechend der in der Informationsspur aufgezeichneten Information optisch moduliert und vom Polarisationsprisma 3 reflektiert. Aufbau und Arbeitsweise des vorstehend beschriebenen optischen Systems sind völlig gleich mit denen des bekannten optischen Systems gemäß Fig. 1.

Der vom Polarisationsprisma 3 zurückgestrahlte Lichtstrom trifft an einem Detektor- oder Erfassungsprisma 10 auf, und der von dessen Reflexionsfläche 11 abgestrahlte Lichtstrom wird von einem Lichtdetektor 12 aufgefangen. Die Reflexionsfläche ist in bezug auf das einfallende Licht so angeordnet, daß sie in einem scharfeingestellten Zustand einen bestimmten Winkel mit dem einfallenden Licht (paralleler Lichtstrom) bildet, wobei dieser Winkel gleich oder etwas kleiner als ein kritischer Winkel ist.

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Es sei nun angenommen, daß die Reflexionsfläche 11 unter dem kritischen Winkel angeordnet ist. Bei Scharfeinstellung wird der gesamte vom Polarisationsprisma 3 zurückgestrahlte Lichtstrom an der Reflexionsfläche 11 total reflektiert.Aufgrund von Oberflächenfehlern an der Reflexionsfläche 11 wird in der Praxis eine kleine Lichtmenge in einer Richtung η durchgelassen (sh. Fig. 2). Eine solche kleine Menge durchfallenden Lichtes kann jedoch unberücksichtigt bleiben. Wenn die Bildspeicherplatte 6 vom scharfeingestellten Zustand oder aus der Fokussierstellung gemäß Fig. 2 in einer Richtung a abweicht und der Abstand zwischen dem Objektiv 5 und der Bildspeicherplatte 6 verkürzt wird, wird das Licht vom Polarisationsprisma 3 nicht mehr als paralleler, sondern als divergierender Lichtstrahl reflektiert, der äußere Lichtstrahlen a... und a.„ enthält. Wenn die Bildspeicherplatte 6 dagegen in der entgegengesetzten Richtung b abweicht, wird der parallele Lichtstrahl zu einem konvergierenden Lichtstrahl mit äußeren Lichtstrahlen b.. und b.p umgeformt. Gemäß Fig. 2 haben Lichtstrahlen zwischen einer optischen Achse OP. und dem äußeren Lichtstrahl a... Einfallswinkel, die kleiner sind als der kritische Winkel, und werden somit zumindest teilweise von der Reflexionsfläche 11 durchgelassen. Lichtstrahlen zwischen der optischen Achse OP. und dem äußeren Lichtstrahl a.~ dagegen haben Einfallswinkel, die größer sind als der kritische Winkel, und werden somit an der Reflexionsfläche 11 total reflektiert. Bei einer Abweichung der Bildspeicherplatte 6 in der Richtung b wird die vorstehend beschriebene Beziehung umgekehrt und Lichtstrahlen, die unter einer.Ebene liegen, die durch die optische Achse OP. geht und zur Zeichnungsebene der Fig. 2 rechtwinklig ist, also Lichtstrahlen, die unter einer Einfallsebene liegen, werden an der Reflexionsfläche 11 total reflektiert, wogegen Lichtstrahlen über der genannten Ebene wenigstens teilweise durch die Reflexionsfläche 11 hindurchtreten. Wenn, wie vorstehend erläutert, die Bildspeicherplatte 6 von der Fokussierstellung abweicht, ändern sich die Einfallswinkel der an der Reflexionsfläche 11 auftreffenden Lichtstrahlen kontinuierlich in bezug auf den

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kritischen Winkel, mit Ausnahme des zentralen Lichtstrahles an der optischen Achse OP.. Wenn die Bildspeicherplatte 6 von der Fokussierstellung in der Richtung a oder b abweicht, ändert sich daher die Intensität des an der Reflexionsfläche 11 reflektierten Lichtes abrupt in der Nähe des kritischen Winkels entsprechend der obenerwähnten Änderung der Einfallswinkel. In diesem Falle ändern sich die Sinne der Lichtintensitätsänderungen beiderseits der genannten, zur Einfallsebene rechtwinkligen Ebene, welche die optische Achse OP. des einfallenden Lichtes enthält, gegenseitig entgegengesetzt. In der Fokussierstellung dagegen wird der am Erfassungsprisma 10 auffallende Lichtstrom an der Reflexionsfläche 11 total reflektiert und somit trifft am Lichtdetektor 12 der gleichmäßige Lichtstrom auf. Der Lichtdetektor 12 ist so aufgebaut, daß die in bezug auf die genannte'Ebene unteren und oberen Lichtströme von getrennten Lichtempfangssektoren 12A und 12B getrennt aufgefangen werden. Mit anderen Worten, der Lichtdetektor 12 ist in einer Ebene geteilt, die zur Einfallsebene rechtwinklig ist unddurch eine optische Achse OP des reflektierten Lichtes geht.

In dem Diagramm der Fig. 3, das die Änderung der Intensität von reflektiertem Licht entsprechend einem Einfallswinkel nahe dem kritischen Winkel zeigt, geben Kurven R_p und R₃ die Lichtintensitäten für P- bzw. S-polarisierte Lichtstrahlen an. Die Kurven ergeben sich, wenn das Erfassungsprisma 10 aus einem Material mit der Brechzahl 1,50 hergestellt ist. Die Intensität eines unpolarisierten Lichtstrahles ist gleich dem Durchschnittswert

Rp + Rg ^

Wenn bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 die Bildspeicherplatte 6 in der Richtung a abweicht, haben die Lichtstrahlen der unteren Hälfte des einfallenden Lichtstromes Einfallswinkel, die kleiner sind als der kritische Winkel. Daher tritt zumindest ein Teil der unteren Hälfte des Lichtstromes durch die Reflexionsfläche 11 hindurch und verringert sich die

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Lichtmenge, die auf den Lichtempfangssektor 12A auffällt, wogegen die obere Hälfte des einfallenden Lichtstromes Einfallswinkel größer als der kritische Winkel aufweist und daher an der Reflexionsfläche 11 total reflektiert wird. Folglich ändert sich die am Lichtempfangssektor 12B auftreffende Lichtmenge nicht. Wenn die Bildspeicherplatte 6 dagegen in der Richtung b abweicht, nimmt die auf den Lichtempfangssektor 12B auffallende Lichtmenge ab, doch ändert sich die am Lichtempfangssektor 12A auftreffende Lichtmenge nicht. Auf diese Weise ist es möglich, die in Fig. 4A und 4B dargestellten Ausgangssignale aus den Lichtempfangssektoren 12A und 12B zu erhalten. Aus diesen Signalen der Lichtempfangssektoren 12A und 12B läßt sich an einem Ausgang 14 eines Differentialverstärkers 13 ein Fokussierfehlersignal als Differenzsignal bilden, das in Fig. 4C dargestellt ist.

Die Reflexionsfläche 11 läßt sich unter einem etwas kleineren als dem kritischen Winkel anordnen. Wenn in einem solchen Fall die Bildspeicherplatte 6 in der Richtung a abweicht, nimmt die am Lichtempfangssektor 12B auftreffende Lichtmenge zuerst zu und wird dann konstant, wogegen die am Lichtempfangssektor 12A auffallende Lichtmenge abrupt abnimmt. Weicht die Bildspeicherplatte 6 dagegen in der Richtung b ab, nimmt die am Lichtempfangssektor 12A auffallende Lichtmenge zuerst zu und wird dann konstant, wogegen die auf den Lichtempfangssektor 12B auftreffende Lichtmenge abnimmt.

Durch Erfassen eines Unterschiedes zwischen den Ausgangssignalen aus den Lichtempfangssektoren 12A und 12B ist es auf diese Weise möglich, ein Fokussierfehlersignal zu erhalten, dessen Amplitude der Größe der Abweichung von der Fokussierstellung proportional ist und dessen Polarität die Richtung der Abweichung von der Fokussierstellung darstellt. Das so erhaltene Fokussierfehlersignal wird benutzt, um zur Durchführung einer Fokussiersteuerung das Objektiv 5 in der Richtung seiner optischen Achse zu verstellen. Ferner ist es möglich,

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ein Informationssignal, das der in der Vertiefung der Informationsspur aufgezeichneten Information entspricht, an einem Ausgang 16 einer Addierschaltung 15 abzuleiten, die ein Summensignal der Ausgangssignale aus den Liehtempfangssektoren 12A und 12B erzeugt. Da ferner in der Fokussierstellung das Licht kaum durch die Reflexionsfläche 11 hindurchfällt, ist der Lichtverlust sehr klein, und da bei Scharfeinstellung die Hälfte des Lichtstromes in bezug auf den zentralen Lichtstrahl total reflektiert wird, jedoch ein an der Reflexionsfläche 11 reflektierter Anteil der anderen Hälfte des Lichtstromes in starkem Maße abnimmt, wird der Unterschied zwischen den an den Lichtempfangssektören 12A und 12B auftreffenden Lichtmengen groß. Die Scharfeinstellung oder Fokussierstellung läßt sich daher mit sehr großer Genauigkeit und sehr großer Empfindlichkeit feststellen.

Wenn beispielsweise ein Objektiv 5 mit einer numerischen Apertur NA = 0,5 und einer Brennweite f = 3 mm und ein Erfass'ungsprisma 10 mit der Brechzahl η = 1,50 verwendet werden, beträgt bei einer Abweichung der Bildspeicherplatte 6 von etwa 1 μπι die Änderung des Einfallswinkels beim äußeren Lichtstrahl, dessen Einfallswinkel der stärksten Änderung unterliegt, etwa 0,015°. Diese Änderung kann eine ausreichend große Änderung der an den Liehtempfangssektoren 12A und 12B auftreffenden Lichtmenge hervorrufen. Wenn die Bildspeicherplatte 6 in der Richtung a um einen Abstand von etwa 0,2.mm abweicht, wird an der ihr zugewandten Seite des Objektivs 5 im Abstand von 19,5 mm vom Objektiv 5 ein virtuelles Bild erzeugt und der Durchmesser des am Lichtdetektor 12 auffallenden Lichtstrahls vergrößert. Wenn die Bildspeicherplatte 6 dagegen in der .Richtung b um denselben Abstand von 0,2 mm abweicht, wird das reelle Bild an der der Bildspeicherplatte 6 abgewandten Seite im Abstand von 25,5 mm vom Objektiv 5 erzeugt. Es ist daher von Vorteil, wenn der Lichtdetektor 12 so nahe wie möglich am Objektiv 5 angeordnet wird. Wenn der Lichtdetektor 12 im Abstand von 25,5 mm vom Objektiv 5 angeordnet ist, wird das an ihm auffallende

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Hell-Dunkel-Lichtmuster umgekehrt, wenn die Bildspeicherplatte 6 in der Richtung b um mehr als 0,2mm abweicht, und die an den Lichtempfangssektoren 12A und 12B auftreffenden Lichtmengen werden verringert bzw. vergrößert. Das in einem solchen Zustand abgeleitete Fokussierfehlersignal verstellt daher das Objektiv 5 zum Polarisationsprisma 3 hin, das Objektiv 5 entfernt sich somit weiter von der Bildspeicherplatte 6. Ein unerwünschtes Anstoßen des Objektivs 5 an die Bildspeicherplatte 6 läßt sich daher zuverlässig verhindern, ohne daß irgendwelche spezielle Sicherheitseinrichtungen vorgesehen werden müssen..

Bei' der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist die Brechzahl des Erfassungsprismas 10 gleich V"2; das von der Reflexionsfläche 11 des Erfassungsprismas 10 zurückgestrahlte Licht weicht somit vom einfallenden Licht um 90° ab. Wenn das Erfassungsprisma 10 aus einem Material mit einer Brechzahl größer als V2 hergestellt ist, kann das reflektierte Licht mit dem einfallenden Licht einen Winkel kleiner als 90° bilden.

Bei der in Fig. 5 dargestellten weiteren Ausführungsform der optischen Lesevorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Feststellen der Scharfeinstellung fällt ein Teil eines vom Polarisationsprisma 3 zurückgestrahlten Lichtstromes auf ein Erfassungsprisma 10, dessen Reflexionsfläche 11 so angeordnet ist, daß in der Fokussierstellung sowohl reflektierte als auch durchfallende Lichtströme in einem bestimmten Verhältnis erzeugt werden. Das reflektierte Licht wird von einem ersten Lichtdetektor 17, das durchfallende oder gebrochene Licht von einem zweiten Lichtdetektor 18 aufgefangen. Der Aufbau des übrigen Teils dieser Vorrichtung ist der gleiche wie bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung. Zu diesem Zweck ist die Reflexionsfläche 11 so angeordnet, daß sie in bezug auf einen bestimmten Lichtstrahl im reflektierten Lichtstrom einen Winkel bildet, der mit einem kritischen Winkel gleich ist. Wenn die Bildspeicherplatte 6 entweder in der Richtung a oder in der Richtung b abweicht, werden die Ausgangs-

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signale aus den Lichtdetektoren 17 und 18 ungleich und erzeugen ein Fokussierfehlersignal, dessen Amplitude und Polarität die Größe bzw. die Richtung'der Abweichung darstellen. Weil es beim dargestellten Beispiel genügt, wenn die an den Lichtdetektoren 17 und 18 auffallenden Lichtstromanteile im vorgegebenen Verhältnis stehen, ist es nicht immer notwendig, daß der von der Bildspeicherplatte 6 zurückgestrahlte Lichtstrom ein paralleler Lichtstrom ist, sondern er kann divergieren oder konvergieren. Das der Ausbildung der Vertiefung in der Informationsspur entsprechende Informationssignal läßt sich als Summensignal der Ausgangssignale der Lichtdetektoren 17 und 18 oder auch aus einem getrennten Lichtdetektor 19 ableiten, der so angeordnet ist, daß er jenen Teil des vom Polarisationsprisma 3 reflektierten Lichtstromes auffängt, der nicht in das Erfassungsprisma 10 eindringt.

Bei der mit einer Zylinderlinse ausgestatteten bekannten Vorrichtung zum Feststellen der Scharfeinstellung muß ein feiner Lichtpunkt gebildet werden, mit dem das Zentrum eines in vier Sektoren unterteilten Lichtdetektors fluchten muß. Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist dagegen eine derartige lästige Einstellung nicht erforderlich. Da der Lichtstrahl .ferner nicht eingeschnürt werden muß, sondern am Lichtdetektor als Lichtstrom von großem Durchmesser auffallen kann, läßt sich eine optische Ausrichtung und Einstellung sehr bequem durchführen. Weil außerdem das optische System nicht in bezug auf zwei orthogonale Achsen ausgerichtet werden muß, können das Erfassungsprisma und der Lichtdetektor in einem einteiligen Gehäuse mechanisch positioniert und die Baugruppe in der Zeichnungsebene der Fig. 2 und 5 drehbar angeordnet werden. Da bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung der feine Lichtpunkt nicht am Lichtdetektor gebildet wird, kann der Lichtweg verkürzt und somit die Abmessungen und das Gewicht der gesamten Baugruppe verkleinert werden. Folglich kann die gesamte optische Baugruppe in eine Verstellvorrichtung eingebaut werden, die das Objektiv 5 parallel zu seiner optischen Achse und

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rechtwinklig dazu und zur Informationsspur, also zweidimensional verstellt. Bei einem solchen System ist es zweckmäßig, wenn das Objektiv so klein wie möglich gehalten wird. Zu diesem Zweck ist die Zahl der Linsen im Objektiv 5 herabgesetzt (in der Zeichnung ist das Objektiv 5 aus Gründen der Vereinfachung als aus einer einzigen Linse bestehend dargestellt; in der Praxis aber besteht es aus mehreren Linsen), und es muß nur eine sphärische Aberration berücksichtigt werden. Unter solchen Umständen ist es von Vorteil, keine achsversetzten Lichtstrahlen zu benutzen, es muß ein paralleler Lichtstrom verwendet werden.

Gemäß der Erfindung lassen sich derartige Forderungen in vorteilhafter Weise durch Feststellen der Scharfeinstellung mit . dem parallelen Lichtstrom erfüllen. Dieses Merkmal trägt in hohem Maße zur Miniaturisierung des optischen Systems bei. Dies läßt sich auch auf ein Objektiv anwenden, das aus einer asphärischen Linse besteht. Außerdem ist bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen das optische System so ausgelegt, daß die Vertiefungen in der spiraligen oder konzentrischen Informationsspur des Aufzeichnungsträgers in der Zeichnungsebene bewegt werden, zu der die Reflexionsfläche 11 des .Erfassungsprismas 10 rechtwinklig angeordnet ist. Selbst wenn der Lichtpunkt quer über die Spur wandert und eine Änderung in der Lichtverteilung hervorruft, wird somit das Fokussierfehlersignal in keiner Weise beeinflußt, weil die Lichtverteilungsänderung in der zur Zeichnungsebene rechtwinkligen Richtung auftritt und eine solche Änderung im Differenzsignal ausgelöscht wird.

In Fig. 6 ist eine der vielen möglichen Abwandlungen der Erfindung dargestellt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 fällt S-polarisiertes Licht auf die Reflexionsfläche 11 des Erfassungsprismas 10; durch Einbauen eines 90°-Drehpolarisators 20 (sh. Fig. 6) ist es möglich, P-polarisiertes Licht an der Reflexionsfläche 11 auffallen zu lassen. In einem solchen Fall ändert sich die Intensität des Reflexionslichtes äußerst abrupt in der Nähe des kritischen Winkels und somit läßt sich

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die Empfindlichkeit der Fokussierfehlerfeststellung weiter vergrößern. Das P-polarisierte Licht läßt sich auch ohne den Drehpolarisator 20 erzielen. Beispielsweise kann das Erfassungsprisma 10 90° um die Achse OP. des einfallenden Lichtes (sh. Fig. 2) gegenüber dem Polarisationsprisma 3 gedreht werden, oder das durch das Polarisationsprisma 3 hindurchfallende Licht kann in das Erfassungsprisma 10 gemäß Fig. 7 eintreten. Im letztgenannten Fall wird das aus einer Laserlichtquelle 1 einfallende Licht vom Polarisationsprisma 3 reflektiert.

Um eine weitere Erhöhung der Erfasssungsempfindlichkeit zu erreichen kann der Lichtstrom gemäß Fig. 8 in ein Erfassungsprisma 10' von vergrößerter Länge eingeleitet und darin mehrere Male reflektiert werden. Bei einer solchen Ausführungsform wird die an den Reflexionsflächen 11" total reflektierte Lichtmenge überhaupt.nicht verändert, dagegen vergrößert sich die durch die Reflexionsflächen II¹ durchfallende Lichtmenge exponentiell mit der Anzahl der Reflexionen. Daher kann die Empfindlichkeit exponentiell mit der Anzahl der Reflexionen erhöht werden.

Eine weitere Möglichkeit ist in Fig. 9 dargestellt, bei der ein Polarisationsprisma 3 und ein Erfassungsprisma 10 miteinander vertauscht sind. Bei dieser Ausführüngsform wird ein von einer Lichtquelle 1 ausgesandter Lichtstrahl vom Polarisationsprisma 3 reflektiert*und fällt als S-polarisierter Strahl am Erfassungsprisma 10 auf. Da eine Reflexionsfläche 11 des Erfassungsprismas 10 in bezug auf den einfallenden Lichtstrahl unter einem kritischen Winkel angeordnet ist, fällt der Lichtstrahl ohne Lichtverlust auf eine Viertelwellenlängeplatte 4 und ein Objektiv 5. Der von einem Gegenstand 6 reflektierte Lichtstrahl tritt durch das Objektiv 5 und die Viertelwellenlängeplatte 4 hindurch und trifft am Erfassungsprisma 10 als P-polarisierter Lichtstrahl auf. Folglich ist die Erfassungsempfindlichkeit für den Fokussierfehler erheblich gesteigert worden.

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Ferner lassen sich die in Fig. 6 bis 9 dargestellten Verfahren zur Feststellung der Scharfeinstellung wirkungsvoll auf die Ausführungsform gemäß Fig. 5 anwenden. Bei der dargestellten Ausführungsform hat das Erfassungsprisma aus Gründen der Vereinfachung die Brechzahl \f2, die jedoch durch jede andere Brechzahl ersetzt werden kann, solange die Reflexionsfläche unter dem kritischen Winkel oder unter einem diesem nahekommenden Winkel angeordnet ist. Außerdem wird bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen polarisiertes Licht benutzt; gemäß der Erfindung ist aber auch unpolarisiertes Licht . gleichermaßen benutzbar. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform genügt es, wenn die Reflexionsfläche 11 des Erfassungsprismas 10 in bezug auf einen einzelnen Lichtstrahl in dem an ihr auffallenden Lichtstrom unter einem Winkel angeordnet ist., der gleich oder etwas kleiner als der kritische Winkel ist. Folglich läßt sich anstelle des parallelen Lichtbündels ein divergierendes oder konvergierendes Lichtbündel benutzen. Ferner kann das Polarisationsprisma 3 durch einen Halbspiegel ersetzt werden. Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Anwendung auf die oben beschriebene optische Lesevorrichtung für optische Bildspeicherplatten beschränkt, sondern auch auf die Feststellung der Scharfeinstellung bei verschiedenen optischen Geräten anwendbar.

Bei einer optischen Lesevorrichtung zur Wiedergabe von Informationen aus einem Aufzeichnungsträger wie z.B. einer optischen Bildspeicherplatte ist es notwendig, nicht nur eine Fokussiersteuerung zur Scharfeinstellung eines Lichtbündels an der Bildspeicherplatte durchzuführen, sondern auch eine Spurführungssteuerung vorzunehmen, um eine Informationsspur exakt abzutasten. Da bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der parallele oder nahezu parallele Lichtstrom am Lichtdetektor 12 auftrifft, können drei Lichtbündel zum Ableiten des Spurführungsfehlersignals nach dem Drei-Strahlverfahren nicht getrennt gebildet werden; der Spurführungsfehler kann dagegen nach anderen Verfahren, z.B. nach dem

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Wobblingverfahren, festgestellt werden, bei dem ein einzelner Lichtpunkt in Schwingungen quer zur Informationsspur versetzt wird. Die konstruktive Freizügigkeit ist daher bis zu einem bestimmten Grad eingeschränkt.

Gemäß einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung läßt sich dieses Problem in vorteilhafter Weise lösen, wobei die verschiedenen Vorteile der zunächst beschriebenen Ausführungsformen nach wie vor erreicht werden können.

Zu diesem Zweck trifft der vom Gegenstand, also der Bildspeicherplatte reflektierte Lichtstrom als konvergierender Lichtstrom auf die Reflexionsfläche, die in bezug auf einen zentralen Lichtstrahl im einfallenden Lichtstrom zumindest annähernd unter dem kritischen Winkel angeordnet ist. Der Lichtdetektor ist zumindest annähernd in einem Brennpunkt des von der Reflexionsfläche zurückgestrahlten gebündelten Lichtstromes angeordnet und weist wenigstens zwei Lichtempfangssektoren auf, die an einer Grenzebene voneinander getrennt sind, welche durch eine optische Achse geht und zu einer Einfallsebene für die Reflexionsfläche rechtwinklig ist.

Fig. 10 zeigt eine optische Wiedergabevorrichtung mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erfassen des Fokussier- und Spurführungsfehlers. Eine Laserlichtquelle 21 sendet ein Lichtbündel aus, das in einer zur Zeichnungsebene rechtwinkligen Ebene linear polarisiert ist. Dieses Lichtbündel wird von einer Linse 22 bis zu einem bestimmten Grad zerstreut und fällt auf ein Polarisationsprisma 23 mit einer Polarisationsfläche 23A. Das zerstreute Lichtbündel wird von der Polarisationsfläche 23A zurückgestrahlt und durch eine Viertelwellenlängeplatte 24 hindurch zu einem Objektiv 25 gelenkt. Das Objektiv 25 bündelt den Lichtstrahl und projiziert einen Lichtpunkt auf eine als Aufzeichnungsträger vorgesehene Bildspeicherplatte 26. Das von der Bildspeicherplatte 26 zurück-

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gestrahlte Licht wird vom Objektiv 25 erneut gebündelt und durch die Viertelwellenlängeplatte 24 hindurch gegen das Polarisationsprisma 23 gerichtet. Da das Licht durch die Viertelwellenlängeplatte 24 zweimal hindurchtritt, wird die Polarisationsrichtung des Lichtes um 90° gedreht und das an der Polarisationsfläche 23A auffallende Licht wird in einer zur Zeichnungsebene parallelen Ebene polarisiert und somit durch die Polarisationsfläche 23A durchgelassen. Gemäß Fig. 10 ist am Polarisationsprisma 23 ein Erfassungsprisma 27 angeordnet, das eine Reflexionsfläche 27A aufweist. Die Reflexionsfläche 27A ist in bezug auf einen zentralen Lichtstrahl im einfallenden Lichtstrom zumindest annähernd unter einem kritischen Winkel angeordnet. Bei dieser Ausführungsform trifft der gesamte durch das Polarisationsprisma 23 durchfallende Lichtstrom am Erfassungsprisma 27 auf, so daß der zentrale Lichtstrahl an einer optischen Achse OP. des einfallenden Lichtes liegt. Folglich ist die Reflexionsfläche 27A in bezug auf die optische Achse OP. zumindest annähernd unter dem kritischen Winkel angeordnet. Bei einem solchen Aufbau treffen alle Lichtstrahlen in einem Lichtstrom, der an der linken Seite einer Grenzebene liegt, welche durch die optische Achse OP. geht und zu einer Einfallsebene rechtwinklig ist, an der Reflexionsfläche 27A unter Einfallswinkeln auf, die größer als der kritische Winkel sind, und werden somit an der Reflexionsfläche 27A total reflektiert. Dagegen treffen alle Lichtstrahlen in einem an der rechten Seite der Grenzebene liegenden Lichtstrom an der Reflexionsfläche 27A unter kleineren als dem kritischen Winkel auf und fallen somit nahezu völlig durch die Reflexionsfläche 27A hindurch. Bei der dargestellten Ausführungsform ist es von Vorteil, wenn der Anteil des reflektierten Lichtes an der rechten Seite der Grenzebene so weit wie möglich herabgesetzt wird; somit ist es möglich, den Vorteil zu vergrößern, der sich, wie weiter oben im Zusammenhang mit Fig. 8 beschrieben, aus der Erhöhung der Anzahl der Reflexionen im Erfassungsprisma 10 ergibt. Ein Lichtdetektor 28 mit zwei Lichtempfangssektoren 28A und 28B ist so angeordnet, daß er den von der Reflexionsfläche 27A zurückgestrahlten Lichtstrom

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auffängt. Die Lichtempfangssektoren 28A und 28B sind an einer Ebene voneinander getrennt, die rechtwinklig zur Einfallsebene ist und durch die optische Achse OP des austretenden Lichtes geht.

Es wird nun die Arbeitsweise der in Fig. 10 dargestellten Vorrichtung anhand Fig. HA, HB und HC erläutert. In Fig. HA ist eine Fokussierstellung dargestellt, die dem in Fig. 10 mit durchgezogenen Linien gezeichneten Lichtweg entspricht. Wenn der Lichtpunkt am Aufzeichnungsträger bzw. an der Bildspeicherplatte 26 einwandfrei scharfeingestellt ist, wird der Lichtpunkt an den Lichtempfangssektoren 28A und 28B abgebildet. Da, wie weiter oben beschrieben, die Grenze zwischen den Lichtempfangssektoren 28A und 28B an der optischen Achse OP liegt, fallen auf die Lichtempfangssektoren 28A und 28B im wesentlichen gleiche Lichtstromanteile auf, wobei die Lichtempfangssektoren 28A und 28B zumindest annähernd gleiche Ausgangssignale erzeugen. Wenn daher zwischen diesen Ausgangssignälen von einem Differentialverstärker 29 eine Differenz gebildet wird, erscheint an einer Ausgangsklemme 30 ein Ausgangssignal von nahezu Null. In einem solchen Zustand kann die Vorrichtung bestimmen, daß die Scharfeinstellung oder Fokussierstellung .erreicht ist.

Wenn sich nun die Bildspeicherplatte 26 in einer Richtung b in eine Stellung d verstellt, wird, wie in Fig. 10 mit gestrichelten Linien dargestellt, der Lichtpunkt vor dem Lichtdetektor 28 abgebildet. Folglich fällt auf den Lichtempfangssektor 28A eine große Lichtmenge, auf den Lichtempfangssektor 28B aber nur eine sehr kleine Lichtmenge, die rechts von der optischen Achse OP. des einfallenden Lichtes liegt und von der Reflexionsfläche 27A zurückgestrahlt wurde. Somit hat das vom Differentialverstärker 29 erzeugte Fokussierfehlersignal eine große Amplitude bei positiver Polarität.

Wenn sich die Bildspeicherplatte 26 dagegen in einer Richtung a

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in eine Stellung e gemäß Fig. 10 bewegt, wird der Lichtpunkt, wie mit strichpunktierten Linien dargestellt, hinter dem Lichtdetektor 28 abgebildet. In diesem Falle trifft eine große Lichtmenge auf den Lichtempfangssektor 28B, der Lichtempfangssektor 28A dagegen erhält nur eine vernachlässigbar kleine Lichtmenge. Folglich erscheint an der Ausgangsklemme 30 ein Fokussierfehlersignal von großer Amplitude bei negativer Polarität.

Auf diese Weise läßt sich das Fokussierfehlersignal für den Fokussierfehler des Objektivs 25 gegenüber der Bildspeicherplatte. 26 mit sehr hoher Empfindlichkeit erzeugen. Dieses Fokussierfehlersignal läßt sich dem Fokussierservomechanismus zuleiten, der das Objektiv 25 in der Richtung seiner optischen Achse verstellt, um den Lichtpunkt an der Bildspeicherplatte 26 stets scharfeinzustellen.

Bei dieser Ausführungsform werden die Ausgangssignale aus den Lichtempfangssektoren 28A und 28B einer Addierschaltung 31 zugeleitet, die an einer Ausgangsklemme 32 ein Informationssignal erzeugt.

Durch Versetzen des Lichtpunktes in kleine Schwingungen quer zur Informationsspur durch Rütteln des Objektivs 25 oder eines in einem optischen Strahlengang angeordneten Reflexionsspiegels ist es bei dieser Ausführungsform ferner möglich, das Spurführungsfehlersignal vom Informationssignal abzuleiten. Da das Bild des Lichtpunktes parallel zur Grenzebene des Lichtdetektors 28 schwingt, kann in diesem Falle das Fokussierfehlersignal überhaupt nicht beeinflußt werden. Auf die in Fig. 2 und 5 bis 9 dargestellten Ausführungsformen ist zur Erzielung des Spurführungsfehlersignals das Wobblingverfahren ebensogut anwendbar.

Bei der in Fig. 12 dargestellten Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. 10 sind einander entsprechende Bauteile mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 10 bezeichnet. Beim gezeigten

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Beispiel ist an einer Reflexionsfläche 27A eines Erfassungsprismas 27 ein Prisma 33 mittels einer dünnen Luftschicht oder Kitt angeordnet. Das Erfassungsprisma 27 und das Prisma 33 sind aus optischem Material der gleichen Brechzahl hergestellt. Ferner ist' ein Lichtdetektor 34 so angeordnet, daß er einen durch die Reflexionsfläche 27Ä und das Prisma 33 durchfallenden Lichtstrom auffängt. Bei dieser Ausführungsform läßt sich das Spurführungsfehlersignal entweder nach dem Wobblingverfahren oder nach dem Drei-Strahl-Verfahren erhalten. Bei Anwendung des Wobblingverfahrens kann der Lichtdetektor 34 einen einzigen Lichtempfangssektor aufweisen, sollte aber bei Anwendung des Drei-Strahl-Verfahrens zwei Lichtempfangssektoren haben, die zwei Bilder von Lichtbündeln aufzufangen vermögen, welche in Richtung der Breite der Informationsspur voneinander getrennt sind. Das Spurführungsfehlersignal kann als Differenz zwischen Ausgangssignalen dieser beiden Lichtempfangssektoren des Lichtdetektors 34 abgeleitet werden.

Fig. 13 zeigt eine noch andere Ausführungsform der optischen Wiedergabevorrichtung, bei der der Ausführungsform gemäß Fig. 10 ähnliche Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Beim gezeigten Beispiel wird zur Erzielung des Spurführungsfehlersignals das Drei-Strahl-Verfahren angewandt. Zur Erzeugung der drei Strahlen wird das von einer Lichtquelle 21 ausgesandte Licht durch ein Beugungsgitter 37 geleitet, das in einem parallelen Lichtstrom zwischen Linsen 35 und 36 angeordnet ist. Als die drei Strahlen werden vom Beugungsgitter 37 ausgesandte Strahlen nullter und (j^ljter Ordnung benutzt und mittels eines Polarisationsprismas 23, einer Viertelwellenlängeplatte 24 und eines Objektivs 25 als drei Lichtpunkte auf eine Bildspeicherplatte 26 projiziert. Die von der Bild- . Speicherplatte 26 reflektierten Lichtstrahlen werden vom Objektiv 25 gebündelt und fallen durch die Viertelwellenlängeplatte 24, das Polarisationsprisma 23 und ein Erfassungsprisma 27 hindurch, das eine Reflexionsfläche 27A aufweist, auf einen Lichtdetektor 38. Auch bei dieser Ausführungsform ist die

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Reflexionsfläche 27A so ausgerichtet, daß nur die halben Lichtströme an einer Seite einer durch die optische Achse OP. des einfallenden Lichtes gehenden Grenzebene auf den Lichtdetektor 38 fallen.

Es wird nun die Arbeitsweise der Vorrichtung anhand der Fig. 14A bis 14C beschrieben. Gemäß Fig. 14A weist der Lichtdetektor 38 vier Lichtempfangssektoren 38A bis 38D auf. Das zentrale Lichtbündel trifft an den Lichtempfangssektoren 38A und 38B auf, die in der Richtung der Informationsspur voneinander getrennt sind, wogegen die rechten und linken Lichtbündel auf die Lichtempfangssektoren 38C und 38D fallen, die in der Richtung der Breite der Informationsspur voneinander getrennt sind.

In Fig. 14A ist eine richtige Einstellung dargestellt, bei der weder ein Fokussier- noch ein Spurführungsfehler besteht. In einem solchen Zustand erscheint kein Fokussierfehlersignal an einem Ausgang eines Differentialverstärkers 39, der bei unterschiedlichen Ausgangssignalen der Lichtempfangssektoren 38A und 38B ein Differenzsignal erzeugt. Das Informationssignal kann von einer Addierschaltung 40 erzeugt werden, die ein Summensignal der.Ausgangssignale aus den Lichtempfangssektoren '38A und 38B bildet. Ein weiterer Differentialverstärker 41, der bei verschiedenen Ausgangssignalen der Lichtempfangssektoren 38C und 38D ein Differenzsignal erzeugt,.gibt das Spurführungsfehlersignal ebenfalls nicht ab.

Wenn die Bildspeicherplatte 26 in der Richtung b gemäß Fig. abweicht und sich die Lichtpunkte in Richtung der Breite der Informationsspur verlagern, erzeugt der Differentialverstärker 39 ein positives Fokussierfehlersignal und der Differenzialverstärker 41 ein negatives SpurfUhrungsfehlersignal feh. Fig. 14B).

Wenn die Bildspeicherplatte 26 in der entgegengesetzten Richtung a abweicht und sich die Lichtpunkte entgegengesetzt zu

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der in Fig. 14B angegebenen Richtung verlagern, erzeugt der Differentialverstärker 39 ein negatives Fokussierfehlersignal und der Differentialverstärker 41 ein positives Spurführungsfehlersignal (sh. Fig. 14C). Auf diese Weise lassen sich das Fokussierfehlersignal, das Spurführungsfehlersignal und das Informationssignal zuverlässig bei sehr großer Empfindlichkeit ableiten.

Bei einer in Fig. 15 dargestellten noch anderen Ausführungsform der Vorrichtung zum Feststellen der Scharfeinstellung ist zwischen einem Polarisationsprisma 3 und einem Objektiv 5 eine Kollimationslinse 51 so angeordnet, daß auf das Objektiv 5 ein paralleler Lichtstrom fällt. Ein von einer Bildspeicherplatte zurückgestrahltes Lichtbündel tritt somit als konvergierender Lichtstrahl durch das Polarisationsprisma 3, bei dessen Verlassen er durch eine Zerstreuungslinse 52 zu einem parallelen Lichtbündel umgeformt wird, das dann an einem Erfassungsprisma 10 .und an einem Lichtdetektor 12 auftrifft. Im allgemeinen ist ein großer Arbeitsabstand des Objektivs 5 von Vorteil. Zu diesem Zweck muß die numerische Apertur des Objektivs 5 groß sein, und dies führt zu der Möglichkeit, daß der aus dem Objektiv 5 austretende Lichtstrahl von großem Durchmesser ist. • Bei Weglassung der Kombination aus der Kollimationslinse 51 und der Zerstreuungslinse 52 würde somit der parallele Lichtstrahl von großem Durchmesser auf das Erfassungsprisma 10 und den Lichtdetektor 12 fallen. Folglich müßten das Erfassungsprisma 10 und der Lichtdetektor 12 große Abmessungen haben. Weil dagegen bei der Ausführungsform gemäß Fig. 15 die Kombination aus der Kollimationslinse 51 und der Zerstreuungslinse 52 das parallele Lichtbündel von kleinerem Durchmesser erzeugt, können die Abmessungen des Erfassungsprismäs 10 und des Lichtdetektors 12 klein gehalten werden.

Fig. 16 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zum Feststellen der Scharfeinstellung, bei der zwischen einer Lichtquelle 1 und einem Polarisationsprisma 3 eine Sammellinse 53 und zwischen dem Polarisationsprisma 3 und einem Erfassungs-

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prisma 10 eine Zerstreuungslinse 54 angeordnet ist. Bei diesem Aufbau fällt vom Polarisationsprisma 3 her ein divergierender
Lichtstrahl auf das Objektiv 5 und an der Zerstreuungslinse 54 fällt ein konvergierender Lichtstrahl ein, der zu einem parallelen Lichtstrahl umgeformt wird. Auf diese Weise läßt sich
der mit der Ausführungsform gemäß ,Fig. 15 erzielte Vorteil
nahezu gleichermaßen verwirklichen.

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Claims

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WUESTHOFF-v.PECHMANN-BEHRENS-GOETZ

DIFL.-CHBM. DR. E. FKEIHEKK VON FECHMANN FKOFESSIONAL KEFXBSENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE DX.-ING. DIETEK BEHKENS

MANDATAIKES AGKEES FXES l'oFFICE EUROPEEN DES BKBVETS DIPL.-ING.; DIPL.-VIRTSCH.-JNO. KUPEKT GOBTZ

D-8000 MÜNCHEN 90 53 762 SCHWEIGERSTRASSE 2

telefon: (089) 66 20 51 telegramm: protectfatent telex: j »4 070

Ansprüche

Verfahren zum Erfassen eines Fokussierfehlersignals, das Fokussierfehler eines Objektivs in bezug auf einen Gegenstand darstellt, an dem mit dem Objektiv ein Lichtpunkt gebildet werden soll, und bei dem aus einer Lichtquelle ausgesandtes Licht am Gegenstand fokussiert wird, dadurch gekennzeichnet , daß

von einem vom Gegenstand (Bildspeicherplatte 6; 26) zurückgestrahlten Lichtstrom wenigstens ein Teil in ein optisches Bauteil (Erfassungsprisma 10; 27) mit einer Reflexionsfläche (11; 27A) eingeleitet wird, die im scharfeingestellten Zustand zumindest annähernd unter einem kritischen Winkel in bezug auf einen Lichtstrahl im reflektierten Lichtstrom angeordnet ist,

und eine Änderung der Lichtverteilung des von der Reflexionsfläche zurückgestrahlten Lichtstromes oder eine Änderung der Anteile von reflektiertem und von durch die Reflexionsfläche hindurchfallendem Lichtstrom erfaßt wird, um das Fokussierfehlersignal zu erzeugen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß ein Lichtstrom, der von der Reflexionsfläche zurückgestrahlt wurde und an einer Seite einer

Grenzebene liegt, die den genannten Lichtstrahl enthält und zu einer Einfallsebene rechtwinklig ist, und ein Lichtstrom, der von der Reflexionsfläche zurückgestrahlt wurde und an der anderen Seite der genannten Grenzebene liegt, getrennt voneinander aufgefangen werden.

/2

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß ein von der Reflexionsfläche zurückgestrahlter Lichtstrom und ein durch die Reflexionsfläche hindurchfallender Lichtstrom getrennt voneinander aufgefangen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der vom Gegenstand zurückgestrahlte Lichtstrom im fokussierten Zustand an der Reflexionsfläche als paralleler Lichtstrom auffällt und die Reflexionsfläche in bezug auf einen an einer optischen Achse entlangwandernden zentralen Lichtstrahl zumindest annähernd unter dem kritischen Winkel angeordnet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der vom Gegenstand zurückgestrahlte Lichtstrom im fokussierten Zustand an der Reflexionsfläche als divergierender Lichtstrom auftrifft.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der vom Gegenstand zurückgestrahlte Lichtstrom im fokussierten Zustand an der Reflexionsfläche als konvergierender Lichtstrom auftrifft.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der an der Reflexionsfläche auffallende Lichtstrom P-polarisiert ist.
8. Verfahren, nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der vom Gegenstand zurückgestrahlte Lichtstrom von der Reflexionsfläche mehrmals reflektiert wird.

/3 ORIGINAL INSPECTED

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9. Vorrichtung zum Erfassen eines Fokussierfehlersignals, das ären Fokussierfehler eines Objektivs in bezug auf einen Gegenstand darstellt, an dem ein.von einer Lichtquelle ausgesandter Lichtstrahl mittels des Objektivs als Lichtpunkt fokussiert werden soll, gekennzeichnet durch einen zwischen der Lichtquelle (Laserlichtquelle 1; 21) und dem Objektiv (5; 25) angeordneten Lichtstrahlenteiler, der den von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahl zum Objektiv und einen vom Gegenstand (Bildspeicherplatte 6; 26) reflektierten Lichtstrom in eine von der Ausstrahlrichtung der Lichtquelle verschiedene Richtung zu lenken vermag,

ein Erfassungsprisma (10; 27), das so ausgelegt ist, daß es wenigstens einen Teil des vom Gegenstand zurückgestrahlten Lichtstromes aufzufangen vermag, und eine Reflexionsfläche (11; 27A) hat, die zumindest annähernd unter einem kritischen Winkel in bezug auf einen Lichtstrahl im an der Reflexionsfläche auftreffenden reflektierten Lichtstrom angeordnet ist,

einen Lichtdetektor (12; 28; 38) mit wenigstens zwei Lichtempfangssektoren (12A,12B; 28A,28B; 38A,38B,38C,38D), die einen von der Reflexionsfläche zurückgestrahlten Lichtstrom oder von der Reflexionsfläche zurückgestrahlte und durchgelassene Lichtströme aufzufangen vermögen, um Ausgangssignale zu erzeugen, die an den Lichtempfangssektoren auftreffende Lichtstromanteile darstellen,

und eine Schaltungsanordnung, welche die Ausgangssignale aus dem Lichtdetektor zu empfangen vermag, um ein Differenzsignal als das Fokussierfehlersignal zu bilden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Lichtempfangssektoren so angeordnet sind, daß sie einen Lichtstrora , der von der Reflexionsfläche zurückgestrahlt wurde und an einer Seite einer Grenzebene liegt, welche durch die optische Achse geht und zu einer Einfallsebene rechtwinklig ist, und einen Lichtstrom, der von der Reflexionsfläche zurückgestrahlt wurde und an der anderen Seite der genannten Grenzebene liegt, getrennt voneinander auffangen.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Lichtempfangssektoren so angeordnet sind, daß sie- einen von der Reflexionsfläche zurückgestrahlten Lichtstrom und einen durch die Reflexionsfläche hindurchfallenden Lichtstrom getrennt voneinander auffangen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der Lichtstrahlenteiler von einem Polarisationsprisma (3; 23) gebildet ist und an der Reflexionsfläche ein polarisierter Lichtstrom auffällt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η zeichnet , daß zwischen dem Polarisationsprisma und dem Objektiv eine Viertelwellenlängeplatte (4; 24) angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der polarisierte Lichtstrom P-polärisiert ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η zeichnet , daß zwischen der Lichtquelle und dem Objektiv eine Kollimationslinse (2) angeordnet ist, um der Reflexionsfläche einen parallelen Lichtstrom zuzuleiten.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Erfassungsprisma so angeordnet ist, daß die Reflexionsfläche .in bezug auf einen zentralen Lichtstrahl im parallelen Lichtstrom zumindest annähernd unter dem kritischen Winkel angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Erfassungsprisma zwischen dem Polarisationsprisma und dem Lichtdetektor angeordnet ist, um wenigstens einen Teil des vom Polarisationsprisma zurückgestrahlten Lichtstromes aufzufangen, und daß das von der Lichtquelle ausgesandte Licht durch das Polarisationsprisma hindurchtritt.

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18. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Erfassungsprisma zwischen dem Polarisationsprisma und dem Lichtdetektor angeordnet ist, um wenigstens einen Teil des durch das Polarisationsprisma hindurchfallenden Lichtstromes aufzufangen, und daß das von der Lichtquelle ausgesandte Licht vom Polarisationsprisma reflektiert wird.
19. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Erfassungsprisma zwischen dem Polarisationsprisma und dem Objektiv angeordnet ist, das von der Lichtquelle ausgesandte Licht vom Polarisationsprisma reflektiert und dann an der Reflexionsflache total reflektiert wird, und der vom Gegenstand zurückgestrahlte Lichtstrom an der Reflexionsfläche reflektiert wird und dann durch das Polarisationsprisma hindurchfällt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Polarisationsprisma und dem Erfassungsprisma ein um 90° drehbares Bauteil (Drehpolarisator 20) so angeordnet ist, daß der P-polarisierte Lichtstrom an der Reflexionsfläche auftrifft.
21. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Erfassungsprisma zwischen dem Polarisationsprisma und dem Objektiv angeordnet ist, das von der Lichtquelle ausgesandte Licht durch das Polarisationsprisma hindurchtritt und dann an der Reflexionsfläche total reflektiert wird, und der vom Gegenstand zurückgestrahlte Lichtstrom von der Reflexionsfläche und dann vom Polarisationsprisma zurückgestrahlt wird.
22. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η zeichnet , daß zwischen der Lichtquelle und dem Objektiv eine Sammellinse angeordnet ist, so daß an der Reflexionsfläche ein divergierender Lichtstrom auftrifft.

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23. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η zeichnet , daß zwischen der Lichtquelle und dem Objektiv eine Zerstreuungslinse angeordnet ist, so daß an der Reflexionsfläche ein konvergierender Lichtstrom auftrifft.
24. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Erfassungsprisma (1O¹) von solcher Länge ist, daß der Lichtstrom an der Reflexionsfläche (11·) mehrmals reflektiert wird.
25. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch g e k e η η zeichnet , daß zwischen dem Polarisationsprisma und dem Objektiv eine Kollimationslinse angeordnet ist, um in das Objektiv einen parallelen Lichtstrahl einzuleiten, und zwischen dem Polarisationsprisma und dem Erfassungsprisma eine Zerstreuungslinse angeordnet ist, um den einfallenden konvergierenden Lichtstrahl zu einem parallelen Lichtstrahl umzuformen .
26. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der Lichtquelle und dem Polarisationsprisma eine Sammellinse angeordnet ist, um den konvergierenden Lichtstrahl in das Objektiv einzuleiten, und zwischen dem Polarisationsprisma und dem Erfassungsprisma eine Zerstreuungslinse angeordnet ist; um den konvergierenden einfallenden Lichtstrahl zu dem parallelen Lichtstrahl umzuformen.
27. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η zeichnet , daß ferner eine Linse zum Bündeln des an der Reflexionsfläche auftreffenden Lichtstromes vorgesehen ist, und die beiden Lichtempfangssektoren des Lichtdetektors zumindest annähernd an einem Brennpunkt des konvergierenden Lichtstromes angeordnet und an einer Grenzebene voneinander getrennt sind, die einen zentralen Lichtstrahl des Lichtstromes enthält und zu einer Einfallsebene der Reflexionsfläche rechtwinklig ist, wobei die Lichtempfangssektoren den von der

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Reflexionsfläche reflektierten Lichtstrom und/oder den durch die Reflexionsfläche hindurchfallenden Lichtstrom auffangen.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Linse zum Bündeln des an der Reflexionsfläche auftreffenden Lichtstromes von einer Zerstreuungslinse gebildet ist, die in einem Lichtweg zwischen der Lichtquelle und dem Objektiv angeordnet is.t.
29. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch g e k e η η zeichnet , daß ferner ein Hilfsprisma (33) vorgesehen ist, bei dem eine Fläche gegen die Reflexionsfläche über eine dünne Luftschicht oder Kitt weist und aus einem Material mit derselben Brechzahl wie das Erfassungsprisma hergestellt ist, und daß der Lichtdetektor ferner einen Hilfslichtdetektor aufweist, der so ausgelegt ist, daß er einen durch die Reflexionsfläche und das Hilfsprisma hindurchfallenden Lichtstrom auffängt.
30. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 27, dadurch g e k e η η zeichnet , daß zum Erfassen eines Spurführungsfehlersignals, das einen Spurführungsfehler des Objektivs in bezug auf einen Aufzeichnungsträger darstellt, der wenigstens eine Informationsspur aufweist, an welcher der von der Lichtquelle ausgesandte Lichtstrahl als Lichtpunkt fokussiert werden soll, eine Vorrichtung vorgesehen ist, die den Lichtpunkt in Schwingungen quer zur Informationsspur versetzt, und daß die Schaltungsanordnung eine Addierschaltung umfaßt, die ein Summensignal der Ausgangssignale aus den Lichtempfangssektoren als Informationssignal zu erzeugen vermag, und eine Schaltungsanordnung zum Ableiten des Spurführungsfehlersignals aus dem Informationssignal.

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31. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch g e k e η η zeichnet , daß zum Erfassen eines Spurführungsfehlersignals, das einen Spurführungsfehler des Objektivs in bezug auf einen Aufzeichnungsträger darstellt, der wenigstens eine Informationsspur aufweist, an welcher der von der Lichtquelle ausgesandte Lichtstrahl als Lichtpunkt fokussiert werden soll, eine Vorrichtung vorgesehen ist, die an der Informationsspur drei Lichtpunkte bildet, der Hilfslichtdetektor zum Auffangen des durch die Reflexionsfläche und das Hilfsprisma hindurchfallenden Lichtstromes zwei Hilfslichtempfangssektoren aufweist, die in der Richtung der Informationsspur voneinander getrennt sind, und daß die Schaltungsanordnung einen Differentialverstärker umfaßt, der ein Differenzsignal zwischen Ausgangssignalen aus den beiden Hilfslichtempfangssektoren des Hilfslichtdetektors als das Spurführungsfehlersignal erzeugt.
32. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch g e k e η η zeichnet , daß zum Erfassen eines Spurführungsfehlersignals, das einen Spurführungsfehler des Objektivs in bezug auf einen Aufzeichnungsträger darstellt, der wenigstens eine Informationsspur aufweist, an welcher der von der Lichtquelle ausgesandte Lichtstrahl als Lichtpunkt fokussiert werden soll,· eine Vorrichtung vorgesehen ist, die an der Informationsspur drei Lichtpunkte bildet, die in der Richtung der Informationsspur ebenso wie in Richtung der Breite der Informationsspur voneinander getrennt sind, der Lichtdetektor ferner zwei Hilfslichtempfangssektoren aufweist, die in bezug auf die Richtung der Ebene, an der die erstgenannten Lichtempfangssektoren voneinander getrennt sind, an zugehörigen Seiten der ersten Lichtempfangssektoren angeordnet sind, und daß die Schaltungsanordnung einen Differentialverstärker umfaßt, der ein Differenzsignal zwischen Ausgangssignalen aus den beiden Hilfslichtempfangssektoren zu erzeugen vermag, um das Spurführungsfehlersignal zu bilden.