DD204168A5 - Buendeltrennungsprisma, verfahren zur herstellung dieses prisma und mit diesem prisma ausgeruestete optische lese und/oder schreibeinheit - Google Patents

Buendeltrennungsprisma, verfahren zur herstellung dieses prisma und mit diesem prisma ausgeruestete optische lese und/oder schreibeinheit Download PDF

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DD204168A5
DD204168A5 DD82243800A DD24380082A DD204168A5 DD 204168 A5 DD204168 A5 DD 204168A5 DD 82243800 A DD82243800 A DD 82243800A DD 24380082 A DD24380082 A DD 24380082A DD 204168 A5 DD204168 A5 DD 204168A5
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Abstract

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, fuer das Dachkantprisma, mit dem das Trennprisma ausgeruestet ist, ein Material einzusetzen, das eine einfache und preiswerte Herstellung des Trennprismas erlaubt. Erfindungsgemaess besteht das Dachkantprisma aus einem ausgehaerteten Kunststoff, vorzugsweise aus einem unter dem Einfluss von Ultraviolettstrahlung aushaertenden Kunststoff. Die Herstellung eines mit einem Dachkantprisma ausgeruesteten Buendeltrennprismas ist dadurch gekennzeichnet, dass auf der Austrittsflaeche des Buendeltrennprismas ein Tropfen eines weichen Kunststoffs angebracht wird, in den Kunststofftropfen ein Stempel mit einer Stempelflaeche, bestehend aus zwei Stempelflaechen, die einen stumpfen Winkel einschliessen, gepresst wird, der Kunststoff aushaertet und der Stempel entfernt wird. Bei Aushaertung mit Ultraviolettstrahlung wird ein durchsichtiger Stempel benutzt. Der Stempel ist vorteilhaft mit einer Antihaftschicht versehen. Das Buendeltrennprisma kann in einer optischen Schreib- und/oder Leseeinheit fuer Datengebiete mit einer strahlungsreflektierenden Datenflaeche eingesetzt werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Bündeltrennprisma mit einer Eintrittsfläche für ein Strahlungsbündel, einer Bündeltrennfläche und einer Austrittsfläche für ein Strahlungsbündel, das im Prisma eine Richtungsänderung erfahren hat, wobei Eintritts- und Austrittsfläche zu Glasprismenteilen gehören und auf der Austrittsfläche ein Dachkantprisma mit einer brechenden Rippe angebracht ist.
Charakteristik der bekannten technischen Lesungen
Eine mit diesem Prisma ausgerüstete Ausleseeinheit ist in der Veröffentlichung "PCM-Schallplatte für die 80er Jahre" in: "Radio Mentor" _4j5 (1979), Seiten 138 bis 140, beschrieben. Diese Ausleseeinheit enthält eine Strahlungsquelle in Form eines Halbleiterdiodenlasers. Das von diesem Laser ausgesandte Auslesebündel wird von einem Objektivsystem auf eine Datenstruktur fokussiert,'die auf einem runden scheibenförmigen Aufzeichnungsträger angebracht ist. Das von der Datenstruktur reflektierte Auslesebündel durchsetzt zum zweiten Mal das Objektivsystem und anschließend ein zwischen der Strahlungsquelle und dem Objektivsystem angeordnetes Trennungsprisma. Dieses Prisma entkoppelt das modulierte Auslesebündei aus dem Strahlungsweg des vom Strahler ausgesandten Bündels so daß das modulierte Bündel von einem strahlungsempfindli chen Detektorsystem aufgefangen werden kann, das ein elektrisches Signal entsprechend der Modulation letztgenannten Bündels liefert. Zum Lesen einer Datenstruktur mit kleinen Dateneinzelheiten, beispielsweise in der Größenordnung von 1 um oder darunter, muß ein Objektivsystem mit einer großen numerischen Apertur benutzt v/erden. Die scharfe Tiefe eines derartigen Objektivsystems ist gering. Da Schwankungen im Abstand zwischen der Datenstruktur und dem Objektivsystem auftreten können, die größer als diese scharfe Tiefe sind, sind Maßnahmen zu treffen, diese Schwankungen detektieren und anhand der Ergebnisse die Fokussierung nachstellen zu kennen. Dazu kann, wie in der herangezogenen Veröffentlichung beschrieben, auf der Austrittsfläche des Trennnrismas ein Dachkantprisma angeordnet sein. Dieses Prisma zerlegt das Bündel in zwei Teilbündel, die v<on gesonderten Elementen des strahlungs —
empfindlichen Detektorsystems aufgefangen werden. Dieses System besteht beispielsweise aus vier strahlungsempfindlichen Elementen, die entlang einer Linie quer zur brechenden Rippe des Dachkantprismas angeordnet sind. Durch Subtraktion der Summe der Signale der zwei inneren Detektorelemente von der der zwei äußeren Detektorelemente entsteht ein Signal, das einem Fokusfehler proportional ist.
Bisher wurde das Dachkantprisma als gesondertes Element aus Glas mit hoher optischer Güte hergestellt und auf dem Trennprisma befestigt. Das Dachkantprisma hat verhältnismäßig geringe Abmessungen und ist besonders empfindlich. Es soll einen stumpfen Spitzenwinkel besitzen, beispielsweise zwischen 170 undi80°, und es ist schwer, mit der erforderlichen Genauigkeit und ohne Geräte, die die Strahlungsverteilung auf die Detektorelemente und dadurch die Ausgangssignale dieser Elemente beeinflussen können, herzustellen. Außer der Herstellung und Handhabung verursacht auch die erforderliche genaue Einstellung des Dachkantprismas in bezug auf das Trennprisma große Probleme.
Ziel der Erfindung
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein mit einem Dachkantprisma ausgerüstetes Trennprisma zu schaffen, das sich einfach und preisgünstig herstellen läßt.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für das Dachkantprisma ein Material einzusetzen, das eine einfache und preisgünstige Herstellung erlaubt.
Diese Aufgabe wird mit einem erfindungsgemäßen Trennprisma dadurch gelöst, daß aas Dachkantprisma aus einem ausgehärteten durchsichtigen Kunststoff besteht.
Bei der Erfindung wird die Tatsache ausgenutzt, daß das Dachkantprisma ein dünnes Element ist, wodurch an dem Werkstoff dieses Prismas nicht derart hohe Anforderungen wie an den 'werkstoff des Trennprismas gestellt zu werden brauchen, weil ja das Trennprisma vom hinlaufenden Lesebündel durchsetzt wird, das einen Strahlungs— fleck bilden soll, an den hohe Anforderungen gestellt werden.
Als Werkstoff für das Dachkantprisma können mehrere durchsichtige Kunststoffe oder Lacke benutzt' werden, wenn sie in ausreichend flüssigem Zustand auf dem Trennprisma angebracht werden und anschließend beispielsweise thermisch oder unter Strahlungsbeeinflussung aushärten können. Eine bevorzugte Ausführungsform des Trennprismas ist dadurch gekennzeichnet, daß das Dachkantprisma aus einem unter dem Einfluß von Ultraviolettstrahlung aushärtenden Kunststoff besteht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des mit einem Dachkantprisma ausgerüsteten Trennprismas ist dadurch gekennzeichnet, daß auf der Austrittsfläche des Bündeltrennprismas ein Tropfen eines weichen Kunststoffes angebracht wird, in den Kunststofftropfen ein Stempel mit einer Stempelfläche, bestehend aus zwei Stempelteilflächen, die einen stumpfen Winkel einschließen, gepreßt wird, der Kunststoff aushärtet und der Stempel entfernt wird. Der Stempel kann bei der Benutzung eines Einstellwerkzeuges genau positioniert und ausgerichtet werden. Dadurch können die Richtung und die Stellung der brechenden Rippe des Dachkantprismas in bezug auf den Prismenträger und somit in bezug auf die optische Achse des Systems, von dem das Trennprisma ein Teil ist, unabhängig von der Orientierung der Austrittsfläche des Trennprismas gut festgelegt werden, denn der Raum zwischen dieser Fläche und dem Stempel wird vollständig mit durchsichtigem Kunststoff gefüllt. Wenn der Kunststoff ein unter dem Einfluß von Ultraviolettstrahlung aushärtender Lack ist, wird vorzugsweise ein durchsichtiger Stempel benutzt, so daß der Lack durch diesen Stempel hindurch angestrahlt werden kann.
Zum leichten Trennen des Stempels vom ausgehärteten Lack ist der Stempel vorzugsweise mit einer Antihaftschicht versehen.
Ausführungsbei spi ele
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Ss zeigen:
?ig.1: einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer optischen Leseeinheit mit einem Bündeltrennprisma mit DachkantOri sma,
Fig.2: eine Draufsicht auf das Bündeltrennprisma und das zugeordnete strahlungsempfindliche Detektorsystem,
Fig.3: eine Ansicht eines Teils des Trennprismas mit einem bündeltrennenden Dachkantprisma in der Perspektive und
Fig.4: die Herstellung des Dachkantprismas.
In Fig.1 ist ein kleiner Teil eines runden scheibenförmigen Aufzeichnungsträgers 1 im Radialschnitt dargestellt. Die strahlungsreflektierende Datenstruktur befindet sich an der Oberseite des Aufzeichnungsträgers und besteht aus einer Vielzahl von Datengebieten, die entlang Datenspuren 2 geordnet sind. Die Datenstruktur wird von einem Lesebündel b aus einer Strahlungsquelle 3, beispielsweise einem Halbleiterdiodenlaser, abgetastet. Eine Linse 4 bildet aus dem divergierenden Bündel ein paralleles Bündel mit derartigem Schnitt, daß die Pupille eines Objektivsystems 5 gut ausgefüllt wird. Dieses Objektivsystem bildet dabei einen Strahlungsfleck V mit Mindestabmessungen auf der Datenstruktur. Das Lesebündel wird von der Datenstruktur reflektiert, und bei der Bewegung des Aufzeichnungsträgers in bezug auf das Lesebündel wird das reflektierte Bündel entsprechend der im Aufzeichnungsträger angeordneten Information zeitlich moduliert. Zum Trennen des modulierten Bündels von dem von der Strahlungsquelle ausgesandten Bündel ist zwischen der Strahlungsquelle und dem Objektivsystem ein Bündeltrennprisma б angeordnet. Dieses Prisma kann aus zwei prismatischen Teilen 7 und 8 bestehen, zwischen denen eine Bündeltrennschicht 9 angeordnet ist. 10 und 11 sind die Eintrittsfläche bzw. die Austrittsfläche des Prismas 6. Die Schicht 9 kann ein halbdurchlässiger Spiegel sein, um den Strahlungsverlust in der Leseeinheit möglichst klein zu halten, wird vorzugsweise eine polarisationsempfindliche Trennschicht benutzt. Zwischen dem Objektivsystem und dem Prisma б ist dabei eine Л /4-Platte 12 aufgenommen, worin λ die Wellenlänge des Lesebündels b ist
Diese Platte wird vom Lesebündel zweimal durchsetzt und dreht die Polarisationsebene dieses Bündels insgesamt um 90°. Das von der Strahlungsquelle ausgesandte Bündel wird vom Prisma б nahezu vollständig durchgelassen, während das modulierte Bündel nahezu vollständig auf ein strahlungsempfindliches Detektorsystem 13
reflektiert wird. Dieses System erzeugt ein Signal, da.s entsprechend der im Aufzeichnungsträger gespeicherten Information moduliert ist.
Zum Erzeugen eines Fokusfehlersignals, das einen Hinweis auf die Größe und die Richtung einer Abweichung zwischen der Fokussierungsebene des Objektivsystems und der Ebene der Datenstruktur gibt, ist auf der Austrittsfläche 11 des Bündeltrennprismas 6 ein Dachkantprisma 14 angebracht und das strahlungsempfindliche Detektorsystem 13 aus vier strahlungsempfindlichen Elementen aufgebaut. Diese Elemente sind in Fig.2, die das Prinzip der Fokusfehlerdetektion veranschaulicht und eine Draufsicht auf das Bündeltrennprisma mit dem Dachkantprisma darstellt, mit 16, 17, 18 und 19 bezeichnet. Die brechende Rippe 15 des Prismas 14 kann gemäß Fig.2 zur optischen Achse 00' in Fig.1 der Leseeinheit parallel verlaufen. Jedoch ist es möglich, wie in Fig.1 dargestellt, das Dachkantprisma und die Reihe der Detektorelemente um 90° zu drehen, so daß die brechende Rippe 15 quer zur optischen Achse 00' verläuft. Die brechende Rippe kann auch eine Stellung zwischen parallel und senkrecht zur optischen Achse 00' einnehmen. Das Dachkantprisma trennt das Bündel b in zwei Teilbündel b. und bp, die mit den Detektorelementen 16 und 17 bzw. den Elementen 19 und 19 zusammenwirken.
Durch das Durchlaufen des Trennprismas kennen die zwei Bündelhälften des Lesebündels verschiedene Intensitäten erhalten, d.h. in den Ausführungsformen nach Fig.1 und 2 kann die obere Hälfte des von der Bündeltrennschicht 9 reflektierten Bündels eine geringere Intensität als die untere Hälfte haben. Um zu vermeiden, daß durch diesen Effekt die Teilbündel b,und bp unterschiedliche Intensitäten bekommen, wird die brechende Rippe des Dachkantprismas vorzugsweise parallel zur optischen Achse 00' angeordnet. In Fig.1 und 2 ist das Lesebündel genau auf die Fläche der Datenstruktur fokussiert. Die Leseeinheit kann derart eingerichtet sein-, daß dabei der Fokuspunkt F des reflektierten Bündels genau auf der brechenden Rippe 15 des Dachkantprismas 14 liegt. Bei einer entsprechenden Fokussierung fallen die Teilbündel b, und b^ symmetrisch auf ihre zugeordneten Detektorelemente Io und 17 bzw. 18 und 19 ein. Beim Auftreten eines Fokusfehlers ändert sich die
Energieverteilung im Teilbündel b. bzw. bp in bezug auf die zugeordneten Detektorelemente, was auch als eine Verschiebung der Teilbündel in bezug auf die Detektorelemente aufgefaßt werden kann. Wenn der Fokuspunkt des von der Strahlungsquelle herrührenden Bündels über der Ebene der Datenstruktur liegen würde, würde der Pokuspunkt F des reflektierten Bündels sich rechts von der Rippe 15 in Fig.2 befinden. Dabei würden die Bündel b. und b~ einwärts verschoben sein und würden die Detektorelemente 16 und 19 eine geringere Strahlungsenergie als die Detektorelemente 17 und 18 empfangen. Würde der Fokus des von der Strahlungsquelle ausge-sandten lesebündels unterhalb der Ebene der Datenstruktur liegen, würde das Umgekehrte gelten, und die Detektorelemente 17 und 18 würden eine geringere Strahlungsenergiemenge als die Detektorelemente 16 und 19 empfangen. Indem, wie in Fig.2 dargestellt, die Signale der Detektorelemente 17 und 18 einem ersten Addierer 20 und die der Elemente 16 und 19 einem zweiten Addierer 21 und die Signale dieser Addierer einem Differenzverstärker 22 zugeführt werden, wird ein Fokusfehlersignal S„ erhalten. Das Datensignal S_. kann mit einem dritten Addierer 23 erhalten werden, dessen Eingänge mit den Addierern 20 und 21 verbunden sind.
Die Leseeinheit kann auch derart eingerichtet sein, daß bei entsprechender Fokussierung der Fokuspunkt F des reflektierten Bündels in der Ebene der Detektorelemente liegt. Dabei würde., wenn der Fokuspunkt des vom Strahler gelieferten Bündels zu hoch liegt, der Fokuspunkt F ebenfalls nach rechts verschoben sein, aber die Detektorelemente 16 und 19 würden dabei eine größere Strahlungsenergie als die Detektorelemente 17 und 18 empfangen
Statt vier strahlungsempfindlicher Elemente könnte das Detektorsystem auch drei derartige Elemente enthalten, beispielsweise nur die Elemente 16, 17 und 18 aus Fig.2. Das Fokusfehlersignal wird dabei durch Subtraktion der Signale aus den Detektorelementen 16 und 17 voneinander und das Datensignal durch Addition der Signale der drei Elemente 16, 17 und 18 zueinander erhalten
Entweder die Basis oder die brechende Rippe 15 des Dachkantprismas 14 kann an der Austritts!lache 11 des Bündeltrennprismas liegen, wie in Fig.1 bzw..Fig.2 dargestellt. Bei dem ausgewählten großen Wert des Spitzenwinkels cc des Dachkantprismas, beispielsweise
etwa 170°, hat das Prisma 14 in beiden Fällen etwa die gleiche Wirkung. Der Spitzenwinkel du wird möglichst groß gewählt, damit die Detektorelemente möglichst nahe beieinander liegen und als ein einziger integrierter Detektor ausgeführt werden können. Erfindungsgemäß besteht das Dachkantprisma aus einem ausgehärteten Kunststoff. In Fig.3 ist eine Ansicht einer Prismahälfte 7 des Trennprismas in stark vergrößertem Maßstab in der Perspektive dargestellt, auf der ein Dachkantprisma 14 angeordnet ist. In einer verwirklichten Ausführungsform hatte das Prisma eine Grundfläche
2 von 4x4 mm , eine maximale Höhe h in der Größenordnung von 200 цт und einen Spitzenwinkel cc von etwa 170°. In Fig.4 ist schematisch die Herstellung des Dachkantprismas dargestellt. Auf der Austrittsfläche 11 des Prismenteils 7, der in Draufsicht dargestellt ist, wird ein Tropfen beispielsweise eines unter dem Einfluß von Ultraviolettstrahlung ausgehärteten durchsichtigen Lacks angebracht. Ein Stempel 25 eines weiter nicht dargestellten Werkzeuges wird mit der erforderlichen hohen Genauigkeit positioniert, so daß die Schnittlinie 26 der zwei Stempel teilflächen 25A und 25B, die den stumpfen Winkel ρ einschließen, den entsprechenden Abstand zur Mittellinie des nicht dargestellten Trägers des Trennprismas besitzt und diese Linie die richtige Richtung in bezug auf die optische Achse OQ1 hat, d.h. parallel oder quer zu dieser Achse verläuft. Anschließend wird der Lacktropfen mit Ultraviolettstrahlung 28 angestrahlt, wobei unter Verwendung eines durchsichtigen Stempels durch diesen Stempel hindurch angestrahlt werden kann. Nach dem Aushärten des Lacks wird der Stempel zurückgezogen. Der Stempel kann noch mit einer Antihaftschicht 27 zur Erleichterung des Lockerns des ausgehärteten Lackes versehen sein.
Bei der Bestrahlung durch den Stempel hindurch braucht der Werkstoff dieses Stempels nur für Ultraviolettstrahlung gut durchlässig zu sein. Ss kann auch durch das Trennprisma hindurch angestrahlt werden. Der Werkstoff dieses Prismas muß dabei für Ultraviolettstrahlung als auch für das Lesebündel gut durchlässig sein. Bei der Anstrahlung durch das Trennprisma hindurch wird eine größere Oberfläche als beim Anstrahlen durch den Stempel hindurch angestrahlt, so daß auch außerhalb der Stempelflache gedrückten Lacks durch die Strahlung
Statt unter dem Einfluß von Ultraviolettstrahlung aushärtenden Lacks können auch andere Kunststoffe benutzt werden, die in mehr oder weniger erweichtem Zustand angebracht werden können und nach dem Eindrücken unter dem Einfluß von Wärme oder in kaltem Zustand, wie Epoxydharze, oder auch unter dem Einfluß anderer Strahlung als Ultraviolettstrahlung ausgehärtet werden können. Bevorzugt wird die Verwendung eines Stempels nach Pig.3, dessen Stempelfläche hervorsteht und mit dem ein Dachkantprisma nach Fig.3 erhalten wird. Dabei ist die Möglichkeit von Luftblasen im hergestellten Dachkantprisma minimal und bei schrumpfendem Lack kann Werkstoff von der Außenseite der Stempelfläche her zugeführt werden.
Das Trennprisma 6 besteht aus zwei Teilen 7 und 8, von denen einer die Bündeltrennschicht 9 trägt. Die zwei Teile können mit einem, unter dem Einfluß von Ultraviolettstrahlung aushärtenden Kitt aufeinander befestigt werden. Die Zusammensetzung des Trennprismas und das Anbringen des Dachkantprismas können gleichzeitig und mit Hilfe einer einzigen Lehre erfolgen.
Die Erfindung ist anhand ihrer Verwendung in einer optischen Leseeinheit beschrieben, kann aber auch in einer Schreibeinheit oder in einer kombinierten Schreib/Leseeinheit verwendet werden. Die Schreibeinheit ist analog der Beschreibung der Leseeinheit aufgebaut. Zum Schreiben von Daten, beispielsweise durch das Schmelzen von G-rübchen in einer Metallschicht, wird eine größere Energie als zum Lesen benötigt. Außerdem muß das Schreibbündel entsprechend der einzuschreibenden Information zeitlich moduliert werden. Als Strahlungsquelle in der Schreibeinheit kann ein Gaslaser, z.B. ein He—Ne-Laser benutzt werden, wobei im Weg des Schreibbündels ein Modulator, wie ein elektrc-optischer oder ein akusto-optischer Modulator, angebracht wird. Es kann auch ein Diodenlaser benutzt werden, bei dem die Modulation des Schreibbündels durch Variation im elektrischen Strom durch den Diodenlaser herbeigeführt werden kann,, so daß kein getrennter Modulator erforderlich ist.

Claims (6)

  1. - 9 Erfindungsansprüche:
    1 . Bündeltrennprisma mit einer Eintrittsfläche für ein Strahlungsbündel, einer Bündeltrennfläche und einer Austrittsfläche für ein Strahlungsbündel, das im Prisma eine Richtungsänderung erfahren hat, wobei Eintritts- und Austrittsfläche zu Glasprismenteilen gehören und auf der Austrittsfläche ein Dachkantprisma mit einer brechenden Rippe angebracht ist, gekennzeichnet dadurch, daß das Dachkantprisma (1A-) aus einem ausgehärteten durchsichtigen Kunststoff besteht.
  2. 2. Bündeltrennprisma nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch,
    daß das Dachkantprisma aus einem unter dem Einfluß von Ultraviolettstrahlung aushärtenden Kunststoff besteht.
  3. 3. Verfahren zur Herstellung eines mit einem Dachkantprisma ausgerüsteten Bündeltrennprismas nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch,
    daß auf der Austrittsfläche (11) des Bündeltrennprismas (6) ein Tropfen eines weichen Kunststoffs angebracht wird, in den Kunststofftropfen ein Stempel (25) mit einer Stempel!lache, bestehend aus zwei Stempelflächen (25A, 253), die einen stumpfen Winkel (ß ) einschließen, gepreßt wird, der Kunststoff aushärtet und der Stempel entfernt wird.
  4. 4. Verfahren nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch,
    daß bei einem Kunststoff, der unter dem Einfluß von Ultraviolettstrahlung aushärtet, ein durchsichtiger Stempel benutzt wird.
  5. 5. Verfahren nach Punkt 3 oder k, gekennzeichnet dadurch, daß ein Stempel mit einer Antihaftschicht verwendet wird.
  6. 6. Optische Schreib- und/oder Leseeinheit zum Schreiben und/oder Lesen von Datengebieten in einer Strahlungsreflektierenden Datenfläche, mit einer Strahlungsquelle, einem Objektivsystem zum Fokussieren eines von der Strahlungsquelle ausgesandten Bündeis zu einem Strahlungsfleck auf der Da~enfläche und mit einem zwischen der Strahlungsquelle und dem Objektivsystem angebrachten, rr.it einem
    Dachkantprisma ausgerüsteten Bündeltrennprisma zum Ablenken des von der Datenfläche reflektierten Bündels aus dem Strahlungsweg des von der Strahlungsquelle ausgesandten Bündels und auf ein
    strahlungsempfindliches Detektorsystem, gekennzeichnet dadurch, daß das Bündeltrennprisma ein Prisma nach Punkt 1 oder 2 ist.
    Hierzu 2 Seiten Zeichnungen
DD82243800A 1981-10-08 1982-10-05 Buendeltrennungsprisma, verfahren zur herstellung dieses prisma und mit diesem prisma ausgeruestete optische lese und/oder schreibeinheit DD204168A5 (de)

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