NL8104588A - Bundelscheidingsprisma, werkwijze voor het vervaardigen van dit prisma en van dit prisma voorziene optische lees- en/of schrijfeenheid. - Google Patents

Description

* > '<r EHN 10.173 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

"Bundelscheidingsprisna, werkwijze voor het vervaardigen van dit prisma en van dit prisma voorziene qptische lees- en/of schrijfeenheid".

De uitvinding heeft betrekking qp een bundelscheidingsprisma bevattende een intreevlak voor een stralingsbundel, een bundelscheidings-vlak en een uittreevlak voor een stralingsbundel die binnen het prisma een richtingsverandering ondergaan heeft, welk intreevlak en uittreevlak 5 behoren tot glazen prismatische delen, waarbi j op het uittreevlak een dakkantprisma met een brekende ribbe aangebracht is.

Een dergelijke uitleeseenheid is beschreven in het artikel: "PCM-Schallplatte fur die 80er Jahre" in: "Radio Mentor" 45 (1979) pag. 138-140. Deze uitleeseenheid bevat een stralingsbron in de vorai van een 10 halfgeleiderdiodelaser. De doca: deze laser uitgezonden uitleesbundel wordt door een obj ectief stelsel op een informatiestructuur, die cp een ronde schijfvormige registratiedrager is aangebracht, gefocusseerd. De door de infaniatiestructuur gereflecteerde uitleesbundel doarloapt voor een twsede maal het obj ectief stelsel en vervolgens een tussen de stra-15 lingsbron en het objectiefstelsel aangebracht scheidingsprisma. Dit prisma kcppelt de gemoduleerde uitleesbundel uit de stralingsweg van de door de bran uitgezonden bundel, zodat de gemoduleerde bundel kan warden cpgevangen door een stralingsgevoelig detectiestelsel dat een electrisch signaal levert overeenkcmstig de modulatie van de laatstgenoemde bundel.

20 Voor het uitlezen van een inf ormatiestructuur met kleine informatiedetails, bijvoorbeeld in de orde van 1^um of kleiner moet een objectiefstelsel met een grote numerieke apertuur gebruikt worden. De scherptediepte van een dergelijk objectiefstelsel is klein. Aangezien er variaties in de afstand tussen de informatiestructuur en het objectief-25 stelsel kunnen cptreden die groter dan die scherptediepte zijn, moeten er voorzieningen getroffen warden an deze variaties te kunnen detecteren cm, aan de hand daarvan, de focussering te kunnen bijregelen. Daartoe kan, zoals in het genoemde artikel beschreven is, op het uittreevlak van het scheidingsprisma een dakkantprisma aangebracht zijn. Dit prisma 30 splitst de bundel in twee deelbundels die cpgevangen warden door af-zonderlijke elementen van het stralingsgevoelige detectiestelsel. Dit stelsel bestaat uit bijvoorbeeld vier stralingsgevoelige elementen die gerangschikt zijn volgens een lijn dwars cp de brekende ribbe van het 8104588 PHN 10.173 2 % * dakkantprisma. Door de son van de signalen van de twee binnenste detectie-elementen af te trekken van die van de twee buitenste detectie-elementen wordt een signaal verkregen dat evenredig is met een focus-fout.

S Tot nu toe werd het dakkantprisma als een afzonderlijk element uit glas met hoge optische kwaliteit vervaardigd en qp bet scheidings-prisma bevestigd. Het dakkantprisma heeft relatief kleine afmetingen en is erg teer. Het moet een grote tophoek, tussen bijvoorbeeld 170° en 180°, bebben en is moeilijk met de vereiste nauwkeurigheid1 en zonder bramen, 10 die de stralingsverdeling over de detectie-elementen en dientengevolge de uitgangssignalen van deze elementen kunnen bexnvloeden, te vervaar-digen. Behalve de vervaardiging en de manipulatie levert ook de vereiste nauwkeurige installing van het dakkantprisma ten opzichte van het scbeidingsprisma grote problemen op.

15 De onderhavige uitvinding heeft tot doel de genoemde problemen te eliinineren en een van een dakkantprisma voorzien scbeidingsprisma te verschaffen dat eenvoudig en goedkoop te vervaardigen is. Het > scheidingsprisma volgens· de uitvinding vertoont als kenmerk, dat het dakkantprisma bestaat uit een uitgeharde transparante kunststof.

20 De uitvinding maakt gebruik van het feit dat het dakkantprisma een dun element is, waardoor aan het materiaal van dit prisma niet zo'n hoge eisen gesteld behoeven te worden als aan het materiaal van het scheidingsprisma dat irmners door de heengaande uitleesbundel doorlopen wordt, welke bundel een stralingsvlek, waaraan hoge eisen gesteld worden, 25 moet vormen.

Ms materiaal voor het dakkantprisma kunnen diverse doorzich-tige kunststoffen of lakken gebruikt worden mits die in voldoend vloei-bare toestand op het scheidingsprisma aangebracht kunnen worden en daama bijvoorbeeld thermisch of onder invloed van straling kunnen uit-30 harden. Een voorkeursuitvoeringsvorm van het scheidingsprisma vertoont als kenmerk, dat het dakkantprisma bestaat uit een onder invloed van ultraviolette straling hardende kunststof.

De werkwijze volgens de uitvinding voor het vervaardigen van het van een dakkantprisma voorzien scheidingsprisma vertoont als kenmerk, 35 dat op het uittreevlak van het bundelscheidingsprisma een druppel van een weke kunststof wordt aangebracht, in de kunststofdruppel een stempel met een stempelvlak, bestaande uit twee stempeldeelvlakken die een storrpe hoek insluiten, wordt gedrukt, de kunststof wordt gehard en het 8104588 EBN 10.173 3 * ; stempel wordt verwijderd.

Het stempel kan, bij gebruik van een instelwerktuig, nauw-keurig gepositicneerd en uitgelijnd warden. Daardoor kunnen de richting en de stand van de brekende ribbe van het dakkantprisma ten 5 opzichte van de prismadrager en dus ten opzichte van de optische as van het systeem waarvan het scheidingsprisma deel uitmaakt, goed vastgelegd warden anafhankelijk van de orientatie van- het uittreevlak van het scheidingsprisma. De ruimte tussen dit vlak en het stenpel wardt inners geheel cpgevuld met transparante kunststof.

10 Indien de kunststof een order invloed van ultraviolette straling hardende lak is wardt bij voorkeur gebruik gemaakt van een doarzichtig sterpel zodat de lak door dit stempel been belicht kan warden.

Cm het stenpel gemakkelijk van de uitgeharde lak te kunnen 15 scheiden, is het starpel bij voorkeur voorzien van een anti-hechtlaag.

De uitvdnding zal nu warden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin:

Figuur 1 een langsdoorsnede van een uitvoeringsvorm van een optische uitleeseenheid voorzien van een bundelscheidingsprisma met 20 een dakkantprisma toont,

Figuur 2 een bovenaanzicht van het bundelscheidingsprisma en het bij-behorende stralingsgevoelige detectiestelsel laat zien,

Figuur 3 een perspectivisch aanzicht is van een deel van het scheidingsprisma voorzien van een bundelsplitsend dakkantprisma, en 25 Figuur 4 de vervaardiging van het dakkantprisma illustreert.

In Figuuur 1 is een klein gedeelte van een ronde schijf-vcrmige registratiedrager 1 in radiele doorsnede weergegeven. De stralingsreflecterende informatiestructuur bevindt zich aan de boven-zijde van de registratiedrager en bestaat uit een groot aantal infonnatie-30 gebiedjes die volgens informatiesporen 2 gerangschikt zijn. De informatiestructuur wardt afgetast door een uitleesbundel b geleverd door een stralingsbron 3, bijvoarbeeld een half geleiderdicdelaser. Een lens 4 vormt van de divergerende bundel een evenwijdige bundel met een zodanige doorsnede dat de pupil van een objectiefstelsel 5 goed gevuld wardt.

35 Dit obj ectief stelsel vannt dan een stralingsvlek V van minimale afmetingen op de infaraatiestructuur.

De uitleesbundel wordt door de informatiestructuur gereflec-teerd en bij bewsgen van de registratiedrager ten opzichte van de uit- 8104588 PHN 10.173 4 * * leesbundel wordt de gereflecteerde bundel in de tijd gemoduleerd over-eenkanstig de in de registratiedrager aangebrachte infonnatie. Qm de gemoduleerde bundel te scbeiden van de door de stralingsbron uitge-zonden bundel is tussen de stralingsbron en het objectiefstelsel een 5 bundelscheidingsprisma 6 aangebracht. Dit prisma kan bestaan uit twee prismatische delen 7 en 8 waartussen een bundelscheidingslaag 9 is aangebracht. 10 en 11 zijn respectievelijk het intreevlak en het ulttree-vlak van het prisma 6, De laag 9 kan een half door latende spiegel zijn.

Qm het stralingsveriies in de uitleeseenheid zo klein mogelijk te houden, 10 wordt bij voorkeur een polarisatiegevoelige scheidingslaag toegepast. Tussen het objectiefstelsel en het prisma 6 is dan een A/4-plaat 12, waarin A de golflengte van de uitleesbundel b is, opgenomen. Dit prisma wordt door de uitleesbundel tweemaal doorlopen en draait het polarisatievlak van deze bundel over in totaal 90°. De door de stralings-15 bron uitgezonden bundel wordt door het prisma dan vrijwel volledig door-gelaten, terwijl de gemoduleerde bundel vrijwel volledig wordt gereflec-teerd en wel naar een stralingsgevoelig detectiestelsel 13. Dit stelsel levert een signaal dat gemoduleerd is overeenkonstig de in de registratiedrager opgeslagen infonnatie.

20 Cm een focusfoutsignaal, dat een indicatie geeft over de grootte en de richting van een afwijking tussen het vlak van focussering van het objectiefstelsel en het vlak van de informatiestructuur, op te wekken is qp het uittreevlak 11 van het. bundelscheidingsprisma 6 een dakkantprisma 14 aangebracht en is het stralingsgevoelige detektie-25 stelsel 13 opgehouwd uit vier stralingsgevoelige elementen. Deze elemen-ten zijn in Figuur 2, die het principe van de focusfoutdetectie illus-treert met 16, 17, 18 en 19 aangegeven. Deze Figuur toont een boven-aanzicht van het bundelscheidingsprisma met het dakkantprisma. De brekende ribbe 15 van het prisma 14 kan zoals in Figuur 2 getoond is 30 evenwijdig zijn met de optische as, 00' in Fig. 1, van de uitleeseenheid. Het is echter ook mogelijk om, zoals Figuur 1 toont, het dakkantprisma en de rij van detectie-elementen over 90° te draaien, zodat de brekende ribbe 15 dwars op de optische as 00' staat. De brekende ribbe kan ook een positie tussen evenwijdig aan en dwars op de optische as 00' innemen.

35 Het dakkantprisma splitst de bundel b in twee deelbundels b^ en b2 die samenwerken met respectievelijk de detectie-elementen 16 en 17 en de elementen 18 en 19.

Tengevolge van het doorlopen van het scheidingsprisma kunnen 8104588 ΕΗΝ 10.173 5 t * 5 de twee bundelbelften van de uitleesbundel verschillende intensiteiten krijgen, dat wil zeggen dat in de uitvoeringsvarmen volgens de Figuren 1 en 2 de bovenste helft van de door bet scheidingsvlak 9 gereflecfceerde bundel een kleinere intensiteit kan hebben dan de onderste helft. Cm te 5 voorkcmen dat als gevolg van dit effect de deelbundels bj en een verschi llende intensiteit krijgen, wcrdt de brekende ribbe van bet dakkantprisma bij voorkeur evenwijdig aan de optische as 00' geplaatst.

In de Figuren 1 en 2 is de situatie wsergegeven dat de uit-leesbundel precies op bet vlak van de infarmatiestrucbiur gefocusseerd 10 is. De uitleeseenheid kan zo ingericht zijn dat dan bet focuspunt F van de gereflecfceerde bundel precies op de brekende ribbe 15 van bet dakkantprisma 14 ligt. Bij een ccrrecte focussering vallen de deel-bundels bj en b2 spmetrisch in op hun bijbehorende detectie-elenenten 16 en 17 respectievelijk 18 en 19. Bij bet optreden van een focusfout 15 verandert de energie-verdeling binnen de deelbundel b^ respectievelijk b2 ten opzichte van de bijbehorende detectie-elenenten, hetgeen ook cpgevat kan warden als een verplaatsing van de deelbundels ten opzichte van de detectie-elementen. Wanneer bet focuspunt van de van de stralingsbron afkanstige bundel boven bet vlak van de informatie-20 structuur zou liggen, dan zou bet focuspunt F van de gereflecfceerde bundel rechts van de ribbe 15 in Figuur 2 liggen. Dan zouden de bundels bj en b2 naar binnen verplaatst zijn en zouden de detectie-elementen 16 en 19 minder stralingsenergie ontvangen dan de detectie-elementen 17 en 18. Zou bet focus van de door de stralingsbron uitgezonden lees-25 bundel onder het vlak van de informatiestructuur liggen, dan zou het cmgekeerde gelden en zouden de detectie-elementen 17 en 18 minder stralingsenergie ontvangen dan de detectie-elementen 16 en 19. Door, zoals in fig. 2 getoond wardt, de signalen van de detectie-elementen 17 en 18 toe te voeren aan een eerste cpteller 20 en die van de elementen 16 en 30 19 aan een tsreede cpteller 21 en de signalen van deze optellers toe te voegen aan een verschilversterker 22, wordt een focusfcutsignaal verkregen. Het informatiesignaal kan warden verkregen met een derde cpteller 23 waarvan de ingangen zijn verbonden met de optellers 20 en 21.

De uitleeseenheid kan ode z6 ingericht zijn dat bij correcte 35 focussering het focuspunt F van de gereflecfceerde bundel in het vlak van de detectie-elementen ligt. Dan zou indien het focuspunt van de door de stralingsbron geleverde bundel te boog ligt, het focuspunt F ook naar rechts verseboven zijn maar de detectie-elementen 16 en 19 8104588 » PHN 10.173 6 zouden dan meer stralingsenergie ontvangen dan de detectie-elementen 17 en 18.

In. plaats van vier stralingsgevoelige elementen zou het detectiestelsel ook drie van dergelijke elementen kunnen bevatten, 5 bijvoorbeeld alleen de elementen 16, 17 en 18 van Fig. 2.. Het focus-foutsignaal wordt dan verkregen door de signalen van de detectie-elementen 16 en 17 van elkaar af te trekken en het informatiesignaal door de signalen van de drie elementen 16, 17 en 18 bij elkaar op te tellen.

10 Van het dakkantprisma 14 kan <3f de basis 0f de brekende ribbe 15 tegen het uittreevlak 11 van het bundelscheidingsprisma liggen zoals respectievelijk Figuur 1 en Figuur 2 laten zien. Bij de gekozen grote waarde van de tophoek ©4 van. het dakkantprisma, bijvoorbeeld ongeveer 170°, zal het prisma 14 in beide gevallen 15 ongeveer dezelfde werking hebben. De tophoek oC wordt zo groot mogelijk gekozen qpdat de detectie-elementen zo dicht mogelijk bij elkaar kunnen liggen, en als een geintegreerde detector uitgevoerd kunnen worden.

Volgens de uitvinding bestaat. het dakkantprisma uit een uitgeharde: kunststof. Figuur 3 toont een perspectivisch aanzicht, 20 op sterk vergrootte schaal, van een prismahelft 7 van het scheidings- prisma waarop een dakkantprisma 14 is aangebracht. In een gerealiseerde 2 uitvoeringsvorm had het prisma een basisvlak van 4 x 4 ran , een maximale hoogte h in de orde van 200 ^urn en een tophoek ^ van ongeveer 170°.

Figuur 4 geeft schematisch weer hoe het dakkantprisma ver-25 vaardigd kan wcsrden. Op het uittreevlak 11 van het prismadeel 7, dat in bovenaanzicht is weergegeven wordt een druppel' van bijvoorbeeld een onder invloed van ultraviolette straling uithardende transparante lak aangebracht. Een stenpel 25 van een verder niet weergegeven, gereed-schap wordt met de vereiste grote nauvkeurigheid gepositioneerd zodat 30 de snijlijn 26 van de twee stenpeldeelvlakken 25A en 25B de juiste af stand heeft tot de hartlijn van de, niet weergegeven, drager van het scheidingsprisma en deze lijn de juiste richting heeft ten opzichte van de optische as 00', d.w.z. evenwijdig is aan of dwars staat qp deze as. Vervolgens wordt de druppel lak belicht met ultraviolette straling 35 28 waarbij , bij gebruik van een doorzichtig stenpel, door dit stenpel been belicht kan worden. Nadat de lak uitgehard is wordt het stenpel teruggetrokken. Het stenpel kan nog voorzien zijn van. een anti-hechtlaag 27 am de lossing van de uitgeharde lak te vergemakkelijken.

8104588 EHN 10.173 , 7

# V

i r

Bij belichting door het stempel been behoeft bet materiaal van dit stempel slechts goed doorlatend te zijn voor ultraviolette strallng. Er kan ook door het scheidingsprisma been belicht worden.

Het materiaal van dit prisma moet dan goed doorlatend zijn voor ultra-5 violette straling £n voor de uitleesbundel. Bij belichting door het scheidingsprisma wardt een groter appervlak, dan in het geval van belichting doer het stempel, aangestraald zodat ook buiten het stenpel-vlak gedrukte lak doer de straling uitgehard kan warden.

In plaats van onder invloed van ultraviolette straling 10 hardende lak kunnen ook andere kunststoffen gebruikt warden die in min of meer wske toestand aangehracht kunnen warden en na indrukken onder invloed van warmte of in koude toestand, zoals Epoxy-harsen, of onder invloed van andere dan ultraviolette straling uitgehard kunnen warden.

Het verdient de voorkeur cm een stenpel volgens Figuur 3, 15 waarvan het stempelvlak naar buiten steekt en waarmee een dakkant-prisma volgens Figuur 3 verkregen wardt, te gebruiken. Dan is de kans qp luchtbelletjes in het vervaardigde dakkantprisma minimaal en kan bij krimpende lak mteriaal van buiten het stempelvlak warden aangevoerd.

Het scheidingsprisma 6 bestaat uit twee delen 7 en 8 waarvan 20 er een het scheidingsvlak 9 draagt. De twee delen kunnen op elkaar bevestigd warden met behulp van een onder invloed van ultraviolette straling hardende kit. Het samenstellen van het scheidingsprisma en het aanbrengen van het dakkantprisma kunnen gelijktijdig en met behulp van een mal geschieden.

25 De uitvinding is beschreven aan de hand van haar toepassing in een qptische uitleeseenheid, maar kan ook toegepast warden in een inschrij f-eenheid of in een gecambineerde inschrij f-uitleeseenheid.

De inschri j f-eenheid is op analoge manier opgebouwd als de beschreven uitleeseenheid.Voor het inschrijven van informatie, bijvoorbeeld 30 door het smelten van putjes in een metaallaag, is meer energie nodig dan voor het uitlezen en bovendien moet de inschrij fbundel in de tijd gemoduleerd warden overeenkanstig de in te schrijven informatie. Ms stralingsbron in de inschrij feenheid kan een gaslaser, zoals een Η N - laser gebruikt warden, waarbij in de weg van de schrijfbundel een 35 modulator, zoals een electro-optische of een acousto-optische modulator, aangehracht moet warden. Er kan ook een diodelaser gebruikt warden waarbij de modulatie van de schrij fbundel tot stand gehracht kan warden door variatie van de electrische strocan door de diodelaser zodat geen aparte modulator nodig is.

8104588

Claims (6)

1. Bundelscheidingsprisma bevattende een intreevlak voor een stralingsbundel, een bundelscheidingsvlak en een uittreevlak voor een stralingsbundel die binnen het prisma een richtingsverandering ondergaan heeft, welk intreevlak en uittreevlak behoren tot glazen prismatische 5 delen, waarbij op het uittreevlak een dakkantprisroa met een brekende ribbe aangebracht is, met het kenmerk, dat het dakkantprisma bestaat uit een uitgeharde transparante kunststof.

2. Bundelscheidingsprisma volgens conclusie 1, met het kenmerk# dat het dakkantprisma bestaat uit een onder invloed van ultraviolette 10 straling hardende kunststof.

3. Werkwijze voor het vervaardigen van een van een dakkantprisma voorzien bundelscheidingsprisma volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat qp het uittreevlak van het bundelscheidingsprisma een druppel van een weke kunststof wordt aangebracht, in de kunststof druppel een 15 stempel met een stempelvlak, bestaande uit twee stempeldeelvlakken die een stompe hoek insluiten, wordt gedrukt, de kunststof wordt gehard en het stenpel wordt verwijderd.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, waarbij de kunststof een onder Invloed van ultraviolette straling hardende kunststof is, met het 20 kenmerk, dat gebruik gemaakt wordt van een doorzichtig stempel.

5. Werkwijze volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat gebruik gemaakt wordt van een stempel voorzien van een anti-hechtlaag.*

6. Optische uitlees- en/of inschrijfeenheid voor het uitlezen en/of inschrijven van infarmatiegebiedjes in een stralingsreflecterend 25 infarmatievlak, welke eenheid bevat een stralingsbron, een objectief-stelsel voor het focusseren van een door de stralingsbron uitgezonden bundel tot een stralingsvlak qp het informatievlak en een, tussen de stralingsbron en het objectiefstelsel aangebracht, van een dakkantprisma voorzien bundelscheidingsprisma voor het afbuigen van de door het informa-30 tievlak gereflecteerde bundel uit de stralingsweg van de door de bron uitgezonden bundel en naar een stralingsgevoelig detectiestelsel, welk bundelscheidingsprisma een prisma volgens conclusie 1 of 2 is, * 8 1 0 4 5 8 8 35