DE69621227T2

DE69621227T2 - Linsevorrichtung und optisches abtastgerät mit dieser linsevorrichtung

Info

Publication number: DE69621227T2
Application number: DE69621227T
Authority: DE
Inventors: Cho; Sam Chung; Hoon Lee; Woo Lee; Hwa Rim; Yong Seong; Shin; Hoon Yoo
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1995-08-30
Filing date: 1996-08-28
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2016-08-29
Also published as: CN1082222C; JP2001209936A; CN1332383A; AU694377B2; CZ9801362A3; CN1257501C; DE69621227D1; HUP9702047A2; CZ290980B6; CN1146884C; BR9606608A; ATE428171T1; CN1362630A; DE69637896D1; HK1004700A1; AU6756796A; PL181540B1; CN1326188A; PT806039E; CN1378206A

Description

Technisches Sachgebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Linsenanordnung und auf ein Verfahren zum Herstellen derselben, auf ein Verfahren zum Erhalten eines stabilen Fokusservosignals, eine optische Abtastvorrichtung, die dasselbe anwendet, auf ein Verfahren zum Diskriminieren von Platten, die unterschiedliche Dicken haben, und auf ein Verfahren zum Wiedergeben/Aufzeichnen von Informationen und von den/auf die Platten.

Hintergrund

Eine optische Abtastvorrichtung zeichnet Informationen auf und gibt sie wieder, wie beispielsweise Video- oder Audio-Daten, auf/von Aufzeichnungsmedien (z. B. Platten oder Disks). Eine Platte besitzt eine Struktur so, dass eine mit Informationen aufgezeichnete Oberfläche auf einem Substrat gebildet ist. Zum Beispiel kann das Substrat aus Kunststoff oder Glas hergestellt werden. Um Informationen von einer Platte mit hoher Dichte zu lesen oder darauf zuschreiben, muss der Durchmesser des optischen Flecks sehr klein sein. Hierbei wird die nummerische Apertur eine Objektivlinse allgemein groß gemacht und eine Lichtquelle, die eine kürzere Wellenlänge besitzt, wird verwendet. Allerdings wird, in dem Fall der Verwendung der Lichtquelle mit kürzerer Wellenlänge, der zulässige Umfang einer Kippung der Platte in Bezug auf die optische Achse verringert. Das so verringerte Zulassen einer Plattenkippung kann durch Verringern der Dicke der Platte erhöht werden. Unter der Annahme, dass der Kippwinkel der Platte θ ist, kann die Größe eines Coma- Aberrationskoeffizienten W&sub3;&sub1; erhalten werden von:
wobei d und n die Dicke und den Brechnungsindex der Platte jeweils darstellen. Wie anhand der vorstehenden Beziehung verständlich ist, ist der Coma-Aberrationskoeffizient proportional zu der dritten Potenz der nummerischen Apertur (NA). Deshalb besitzt, unter Berücksichtigung, dass die NA der Objektivlinse, erforderlich für eine herkömmliche Compakt-Disk (CD), 0,45 ist, und das eine herkömmliche, digitale Videoplatte oder eine digitale, anpassbare Platte (Digitale Versatile Disk - DVD) 0,6 ist (um die höhere Informationsdichte aufzunehmen), besitzt die DVD einen Coma-Aberrationskoeffizienten ungefähr 2,34-mal demjenigen der CD, die dieselbe Dicke für einen gegebenen Kippwinkel hat. Demzufolge wird die Zulässigkeit der maximalen Kippung der DVD auf ungefähr die Hälfte derjenigen der herkömmlichen CD reduziert. Um mit der Zulässigkeit der maximalen Kippung der DVD zu derjenigen der CD übereinzustimmen, könnte die Dicke d der DVD reduziert werden.
Allerdings kann eine solche, in der Dicke verringerte Platte, die eine Lichtquelle mit einer kürzeren Wellenlänge (hohe Dichte) anwendet, z. B. eine DVD, nicht in einer Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung, wie beispielsweise einem Plattenlaufwerk für die herkömmlichen CDs, unter Anwendung einer Lichtquelle mit längerer Wellenlänge verwendet werden, da eine Platte, die eine Nicht-Standard-Dicke hat, durch eine sphärische Aberration bis zu einem Grad entsprechend der Differenz in der Plattendicke zu derjenigen einer normalen Platte beeinflußt wird. Wenn die sphärische Aberration extrem erhöht wird, kann der Fleck, gebildet auf der Platte, nicht die Lichtintensität haben, die zum Aufzeichnen von Informationen benötigt wird, was verhindert, dass die Informationen präzise aufgezeichnet werden. Auch ist, während einer Wiedergabe der Lnformationen, das Signal-Rausch-(S/N)- Verhältnis zu niedrig, um die aufgezeichneten Informationen exakt wiederzugeben.
Deshalb ist eine optische Abtastvorrichtung, die eine Lichtquelle anwendet, die eine kurze Wellenlänge besitzt, z. B. 650 nm, die für Platten kompatibel ist, die unterschiedliche Dicken haben, wie beispielsweise eine CD oder eine DVD, notwendig.
Für diesen Zweck werden derzeit Untersuchungen bei Vorrichtungen, zum Aufzeichnen/Wiedergeben von Informationen auf irgendeiner der zwei Platten-Typen, die unterschiedliche Dicken haben, mit einer einzelnen, optischen Abtastvorrichtung, und Anwenden einer Lichtquelle mit kürzerer Wellenlänge, vorgenommen. Linsenanordnungen, die eine Kombination einer Hologrammlinse und einer refraktiven Linse anwenden, sind, zum Beispiel, in der japanischen, offengelegten Patentveröffentlichung No. Hei 7-98431 vorgeschlagen worden.
Die Fig. 1 und 2 stellen das Fokussieren von gebrochenem Licht nullter und erster Ordnung auf Platten 3a und 3b dar, die unterschiedliche Dicken jeweils haben. In jeder Figur ist eine Hologrammlinse 1, versehen mit einem Muster 11, und eine refraktive Objektivlinse 2 entlang des Lichtpfads vor den Platten 3a und 3b vorgesehen. Das Muster 11 bricht einen Lichtstrahl 4 von einer Lichtquelle (nicht dargestellt), der durch die Hologrammlinse 1 hindurchführt, um dadurch das hindurchführende Licht in gebrochenes Licht 41 erster Ordnung und Licht 40 nullter Ordnung zu separieren, wobei jedes davon auf einen unterschiedlichen Punkt auf der optischen Achse mit einer unterschiedlichen Intensität durch die Objektivlinse 2 fokussiert wird. Die zwei unterschiedlichen Fokuspunkte sind die geeigneten Fokuspunkte auf der dickeren Platte 3b und der dünneren Platte 3a jeweils und ermöglichen so Daten-Lese/Schreib-Operationen in Bezug auf Platten, die unterschiedliche Dicken haben. Allerdings verringert, beim Verwenden eines solchen Linsensystems, die Separation des Lichts in zwei Strahlen (d. h. das Licht nullter Ordnung und erster Ordnung) durch die Hologrammlinse 1 die Verwendungseffektivität des tatsächlich verwendeten (reflektierten und teilweise zweimal gebrochenen, erster Ordnung) Lichts auf ungefähr 15%. Auch ist, während des Lesevorgangs, da die Informationen auf einem der Strahlen laufen, während der andere Strahl keine Informationen führt, der Strahl, der keine Lnformationen trägt, dahingehend wahrscheinlich, dass er als Rauschen erfasst wird. Weiterhin erfordert die Herstellung einer solchen Hologrammlinse einen Prozess mit hoher Präzision, verwendet beim Ätzen eines feinen Hologramm-Musters, was die Herstellkosten erhöht.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Diagramm einer anderen, herkömmlichen optischen Abtastvorrichtung, wie sie indem US-Patent Nr. 5,281,797 offenbart ist. Diese optische Abtastvorrichtung umfasst ein variables Diaphragma 1a zum Variieren des Apertur- Durchmessers, so dass Daten auf einer Platte längerer Wellenlänge ebenso wie auf einer Platte kürzerer Wellenlänge aufgezeichnet werden können, wobei allerdings die Platten dieselbe Dicke haben, und Informationen davon wiedergegeben werden können. Das variable Diaphragma 1a ist zwischen der Objektivlinse 2 und der kollimierenden Linse 5 installiert. Das variable Diaphragma 1a steuert einen Strahl 4, emittiert von einer Lichtquelle 9 und transmittiert durch einen Strahlteiler 6, durch geeignetes Einstellen des Bereichs des Strahlhindurchführungsbereichs, d. h. der nummerischen Apertur (NA). Die diametrale Apertur des variablen Diaphragmas 1a wird entsprechend der Fleckgröße, erforderlich durch die Platte, die verwendet werden soll, eingestellt, und führt immer den ringförmigen Strahl 4a des zentralen Bereichs hindurch, führt allerdings selektiv den Strahl 4b des peripheren Bereichs hindurch oder blockiert ihn. In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 7 eine Fokussierlinse und das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Fotodetektor.
In der optischen Vorrichtung, die die vorstehende Konfiguration besitzt, ändern sich, falls das variable Diaphragma durch ein mechanisches Diaphragma gebildet ist, dessen strukturelle Resonanzcharakteristika in Abhängigkeit von der effektiven Apertur des Diaphragmas. Die Installation des Diaphragmas auf einem Aktuator zum Ansteuern der Objektivlinse wird in der Praxis schwierig. Um dieses Problem zu lösen, können Flüssigkristalle zum Bilden des Diaphragmas verwendet werden. Dies beeinträchtig allerdings stark die Miniaturizierung des Systems, verschlechtert die Wärmebeständigkeit und die Haltbarkeit und erhöht die Herstellkosten.
Eine andere Maßnahme ist in dem US-Patent 5,496,995 offenbart. Wie offenbart ist, ist eine Phasenplatte in einem Lichtweg einer Objektivlinse plaziert. Die Phasenplatte erzeugt eine erste und eine zweite Lichtquelle unterschiedlicher Phasen, so dass die Amplituden der lateralen Seiten einer Hauptkeule eines Bilds der ersten Lichtquelle durch die Amplitude der Hauptkeulen eines Bilds der zweiten Lichtquelle durch Überlagerung aufgehoben werden. In einer Ausführungsform separieren die ringförmigen, opaken Ringe Nuten bzw. Rillen unterschiedlicher Tiefen, wobei die Nuten die Phasendifferenz ergeben. Ein Problem, das bei dieser Maßnahme vorhanden ist, ist das Erfordernis einer sorgfältigen Kontrolle der Nuttiefe und der Lichtamplituden, zum Beispiel, um die geeignete Phasenänderung und Keulenaufhebung zu erzeugen.
Alternativ kann eine separate Objektivlinse für jede Platte vorgesehen werden, so dass eine spezifische Objektivlinse für eine spezifische Platte verwendet wird. In diesem Fall wird allerdings, da eine Antriebs- bzw. Ansteuervorrichtung zum Ändern der Linsen benötigt wird, die Konfiguration komplex und die Herstellkosten erhöhen sich entsprechend.

Offenbarung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Linsenvorrichtung, die kostengünstig und leicht herstellbar ist, ein Verfahren zum Erhalten eines stabilen Fokus-Servo-Signals, eine optische Abtastvorrichtung, die dasselbe anwendet, ein Verfahren zum Diskriminieren von Platten, die unterschiedliche Dicken haben, und ein Verfahren zum Wiedergeben/Aufzeichnen von Informationen von den/auf die Platten zu schaffen.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Objektivlinse, deren Lichtverwendungseffektivität erhöht wird und die aberrations-reduzierte Flecke bilden kann, ein Verfahren zum Erhalten eines stabilen Fokus-Servo-Signals, eine optische Abtastvorrichtung, die dasselbe anwendet, und ein Verfahren zum Wiedergeben/Aufzeichnen von Informationen von den/auf die Platten zu schaffen.
Gemäß der Erfindung wird eine optische Abtastvorrichtung zum Wiedergeben/Aufzeichnen von Informationen von den/auf die optischen Platten geschaffen, die umfasst:
eine Lichtquelle; eine Objektivlinse, die auf einem Lichtweg von der Lichtquelle vorhanden ist und Licht auf eine Platte projiziert, wobei die Objektivlinse Licht auf eine Fokuszone fokussiert und einen vorgegebenen wirksamen Durchmesser hat; und eine Lichtsteuereinrichtung, die auf dem Lichtweg der Linse vorhanden ist und verhindert, dass Licht in einem axialen Zwischenbereich des Lichtweges in die Fokuszone gelangt, wobei sich der axiale Zwischenbereich zwischen einem axialen Nahbereich, der eine Mitte des Lichtweges einschließt, und einem axialen Fernbereich befindet, der sich radial außerhalb des Zwischenbereiches befindet, und wobei die Lichtsteuereinrichtung zulässt, dass Licht in dem Nah- und in dem Fernbereich des Lichtweges an entsprechenden Fokuspunkten in die Fokuszone gelangt.
Die EP-A-0457553 beschreibt nur ophtalmische Linsen, die eine Lichtsteuereinrichtung in radialen Zwischen-Axial-Bereichen zum Erzielen unterschiedlicher Fokuslängen besitzen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1 und 2 sind schematische Diagramme einer herkömmlichen, optischen Abtastvorrichtung, die eine Hologrammlinse besitzt, die Zustände darstellen, bei dee ein Lichtstrahl auf eine dünne Platte und eine dicke Platte jeweils fokussiert ist;
Fig. 3 zeigt ein schematisches Diagramm einer anderen, herkömmlichen, optischen Abtastvorrichtung;
Fig. 4 und 5 stellen die Zustände dar, bei denen ein Lichtstrahl auf eine dünne Platte und eine dicke Platte jeweils fokussiert wird, und zwar durch eine herkömmliche Objektivlinse ohne Verwendung einer Hologrammlinse;
Fig. 6A zeigt eine graphische Darstellung, die die Änderung in der Fleckgröße in Fällen darstellt, wenn eine Objektivlinse gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird und nicht angewandt wird, und Fig. 6B zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils "A", dargestellt in Fig. 6A;
Fig. 7A zeigt ein schematisches Diagramm einer optischen Abtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; die Zustände darstellen, bei denen ein Lichtstrahl auf zwei Platten unterschiedlicher Dicken fokussiert wird, und Fig. 7B und 7C zeigen vergrößerte Ansichten der Fokuspunkte, dargestellt in Fig. 7A, für dünne Platten und dicke Platten jeweils;
Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Objektivlinse der optischen Abtastvorrichtung, dargestellt in Fig. 7A, gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 zeigt ein schematisches Diagramm einer Objektivlinse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, angepaßt für die optische Abtastvorrichtung, dargestellt in Fig. 7A, einen Zustand darstellend, wo ein Lichtstrahl auf eine Platte fokussiert wird;
Fig. 10A zeigt eine Schnittansicht einer Objektivlinse, die einen Lichtsteuerfilm auf der Oberfläche davon besitzt, gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfin- dung;
Fig. 10B zeigt eine Schnittansicht einer Objektivlinse gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 zeigt eine Draufsicht einer Objektivlinse, die eine quadratische Lichtsteuernut besitzt, gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12A zeigt ein schematisches Diagramm einer Objektivlinse gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, einen Zustand darstellend, bei dem ein Licht auf eine Platte fokussiert wird und Fig. 12B zeigt eine Querschnittsansicht einer Objektivlinse gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 zeigt eine perspektivische Ansicht der Objektivlinse, dargestellt in Fig. 12a;
Fig. 14A und 14B zeigen eine Draufsicht und eine teilweise vergrößerte Ansicht jeweils der Objektivlinse, dargestellt in Fig. 12A;
Fig. 15A zeigt eine Seitenansicht einer Form zum Herstellen einer Objektivlinse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Fig. 15B zeigt eine Draufsicht, die die Innenseite des unteren Rahmens der Form, dargestellt in Fig. 15A zeigt, Fig. 15C zeigt eine Seitenansicht einer Form zum Herstellen einer Objektivlinse gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Fig. 15D zeigt eine Draufsicht, die die Innenseite des unteren Rahmens der Form, dargestellt in Fig. 15C zeigt, Fig. 15E bis 15 G zeigen vergrößerte Ansichten eines Bereichs K, dargestellt in Fig. 15C, verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellend, Fig. 15H und 15I stellen einen Herstellvorgang einer Objektivlinse gemäß der vorliegenden Erfindung dar, und
Fig. 15J zeigt eine Seitenansicht der Objektivlinse, hergestellt durch die Vorgänge, dargestellt in den Fig. 15H und 15I;
Fig. 16 zeigt eine Draufsicht einer Objektivlinse gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 17 und 18 zeigen schematische Diagramme einer Objektivlinse gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Zustände darstellend, wo ein Lichtstrahl durch eine ebene Linse auf zwei Platten unterschiedlicher Dicken jeweils fokussiert wird;
Fig. 19 und 20 zeigen dreidimensionale Ausdrucke, die die Zustände darstellen, bei denen das Licht auf eine dicke Platte und eine dünne Platte jeweils fokussiert wird, und zwar durch die Linsenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 21 und 22 zeigen Draufsichten jedes Fotodetektors in dem Fall der Verwendung einer dicke Platte und einer dünnen Platte in der optischen Abtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, darstellend die Zustände, bei denen Licht auf den Fotodetektor von einer 1,2 mm Platte und von einer 0,6 mm Platte jeweils auffällt;
Fig. 23 zeigt eine Draufsicht eines Acht-Segment-Fotodektors, angewandt für die optische Abtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 24-26 und 27-29 zeigen Draufsichten, die den Lichtaufnahmebereich, gebildet auf dem Acht-Segment-Fotodetektor, durch eine Objektivlinsenposition relativ zu einer dünnen Platte und einer dicken Platte jeweils, darstellen;
Fig. 30 stellt die Fokussignale dar, die von dem Acht-Segment-Detektor, dargestellt in Fig. 23, erhalten sind;
Fig. 31 zeigt eine graphische Darstellung zum Vergleichen der Änderung der Fokussignale, erfasst durch den Fotodetektor in der optischen Abtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, Platten anwendend, die unterschiedliche Dicken haben;
Fig. 32 zeigt ein Flußdiagramm, das die Sequenz eines Ansteuerns der optischen Abtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 33 stellt die Position dar, bei der das Fokussignal in einer Strom-Zeit-Graphik in Abhängigkeit von der Fokus-Strom-Variation, in dem Flußdiagramm der Fig. 32, erzeugt wird;
Fig. 34 und 35 zeigen Strom-Zeit-Graphiken, die das Fokussignal mit dem ersten und dem zweiten Referenzwert, verwendet in dem Flußdiagramm der Fig. 32, jeweils, vergleichen; und
Fig. 36 zeigt ein Blockdiagramm eines digitalen Gleichrichters, verwendet in der optischen Abtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Bester Modus zum Ausführen der Erfindung

In der vorliegenden Erfindung wird das Licht in einem Zwischenbereich um eine Achse in der Mitte eines Lichtlaufwegs blockiert oder abgeschirmt. Der Zwischenbereich ist zwischen einem Bereich nahe der Achse ("axialer Nahbereich") und einem Bereich weiter weg von der Achse (axialer Fernbereich") angeordnet. Ein Blockieren des Lichts in dem Zwischenbereich ermöglicht, dass Licht von den nahen und fernen Achsenbereichen einen kleinen Lichtfleck bildet, während Seitenkeulen um den Lichtfleck herum, gebildet in der Fokuszone der Linse, durch Unterdrücken einer Inteferenz des Lichts minimiert wird, was ansonsten in dem Zwischenbereich vorhanden ist.
Hierbei stellt der Achsen-Nahbereich den Bereich um die zentrale Achse der Linse dar (d. h. die optische Achse), die eine im wesentlichen vernachlässigbare Aberration und Fokussierung auf einen Bereich angrenzend an den paraxialen Fokuspunkt besitzt. Der axiale Fernbereich stellt den Bereich dar, der relativ weiter weg von der optischen Achse als der axiale Nahbereich liegt, und bildet einen Fokusbereich angrenzend an den marginalen Fokus. Der Zwischenbereich ist der Bereich zwischen dem Achsen-Nahbereich und dem Achsen-Fernbereich.
Alternativ kann ein Achsen-Nahbereich und ein Achsen-Fernbereich durch den Betrag der optischen Aberration in einer dicken Platte definiert werden. Eine Objektivlinse muss einen sehr kleinen Betrag einer optischen Aberration haben (z. B. sphärische Aberration, Coma, Verzerrung, usw). Allgemein sollte eine Objektivlinse eine mittlere Aberration unterhalb ungefähr 0,04 λ haben (wobei λ die Wellenlänge des Lichts, übertragen zu der Linse, bezeichnet), um sie in einer optischen Abtastvorrichtung zu verwenden. Eine Objektivlinse, die eine optische Aberration größer als 0,07 λ besitzt, wird als nicht akzeptierbar zur Verwendung in einer optischen Abtastvorrichtung angesehen. Wenn sich die Dicke der Platte erhöht, erhöht sich die optische Aberration. Demzufolge erzeugt, wenn die Objektivlinse, die eine optische Aberration unterhalb von 0,04 λ besitzt, für eine vorbestimmte oder dünne Platte (z. B., DVD) verwendet wird, sie einen großen Betrag einer optischen Aberration (hauptsächlich sphärische Aberration) für eine dickere Platte (z. B., CD).
Weiterhin tritt das nicht erwünschte, periphere Licht (B), dargestellt in Fig. 5, dort auf, wenn die optische Aberration zwischen 0,04λ und 0,07λ liegt. Um die große, optische Aberration in einer dicken Platte zu kompensieren, wird der Achsen-Nahbereich dort definiert, wo die optische Aberration unterhalb von 0,04λ liegt. Und der axiale Fernbereich wird dort definiert, wo die optische Aberration größer als 0,07λ ist. Demzufolge wird der Zwischenbereich zwischen 0,04λ und 0,07λ definiert, um die Interferenz, aufgetreten durch die sphärische Operation, zu unterdrücken. Eine weitere Erläuterung der Fig. 5 wird nachfolgend angegeben.
Dabei ist in dem Zwischenbereich zwischen dem Achsennah- und dem Achsen- Fernbereich entlang des Wegs das einfallenden Lichts eine Lichtsteuereinrichtung einer ringförmigen Form oder einer polygonalen Form, wie beispielsweise einer quadratischen bzw. rechteckigen Form, zum Blockieren oder Streuen von Licht vorgesehen. Diese Erfindung nutzt die Tatsache, dass das Licht des axialen Fernbereichs nicht das Licht des zentralen Bereichs des Lichtflecks beeinflußt, wie dies allerdings das Licht des Zwischenbereichs zwischen der nahen Achse und der fernen Achse hervorruft.
Fig. 4 stellt einen Zustand dar, bei dem ein Licht, das eine Wellenlänge von 650 nm besitzt, auf eine Platte fokussiert ist, die eine Dicke von 0,6 ± 0,1 mm und einen Brechungsindex von 1,5 besitzt, durch eine Objektivlinse, die einen Brechungsindex von 1,505 besitzt. Wie dargestellt ist, besitzt der Lichtfleck einen Durchmesser von 0,85 um an einem Punkt von 1/e² ( 13% der Lichtintensität).
Fig. 5 stellt einen Zustand dar, bei dem Licht auf eine Platte fokussiert ist, die eine Dicke von 1,2 ± 0,1 mm besitzt, und zwar unter denselben Bedingungen wie vorstehend. Wie Fig. 5 zeigt, wird der Lichtfleck, der einen Durchmesser von 2 um besitzt, relativ in einen zentralen Teil (A) fokussiert, wird aber auch in anderen Teilen (B) fokussiert. Dabei beträgt die Lichtintensität der anderen Teile (B) 5 10% derjenigen des zentralen Teils (A). Dies kommt daher, dass das Licht, das auf einen Bereich weit weg von einer optischen Achse fällt, durch eine sphärische Aberration beeinflußt wird, wobei der Grad davon von unterschiedlichen Plattendicken abhängt.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist der Lichtfleck, gebildet auf einer dicken Platte, größer als derjenige, der auf einer dünnen Platte gebildet ist, was aufgrund der sphärischen Aberration erfolgt. Auch wird, da das Licht auf eine axialen Fernbereich einfällt, d. h. einen Bereich relativ weit weg von der optischen Achse, auf einen Bereich unterschiedlich (umgebend) von der optischen Achse fokussiert und wird gestreut, wobei das Licht des axialen Fernbereichs nicht die Fokussierung des Lichtflecks des zentralen Teils (A) beeinflußt. Allerdings wird, wie vorstehend beschrieben ist, da sich das Licht zwischen der nahen Achse und der fernen Achse mit der Fokussierung des Lichts der nahen Achse gegenseitig beeinflussen, der Betrag des peripheren Lichts (B) des fokussierten Lichts größer. Mit anderen Worten fährt das Licht in dem Zwischenbereich zwischen dem Achsen- Nahbereich und dem Achsen-Fernbereich eine Interferenz bzw. Beeinflussung, wenn die vorliegende Erfindung nicht eingesetzt wird, so dass die peripheren Lichtstrahlen (B) um den zentralen Lichtstrahl (A) herum erzeugt werden, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Solche peripheren Lichtstrahlen besitzen allgemein ungefähr 6-7% einer Intensität des zentralen Lichtstrahls, um dadurch ein Flackern während einer Lichterfassung zu erhöhen und demzufolge eine akkurate Datenaufzeichnung und -wiedergabe schwierig zu gestalten.
Die Fig. 6A stellen Graphiken (a) bis (d) dar, die die Änderung der Lichtfleckgrößen in Fällen zeigen, wenn die Lichtsteuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird und nicht angewandt wird. In Fig. 6A werden die Graphiken (b) und (c) erhalten, wenn die Lichtsteuereinrichtung angewandt wird, und und die Graphiken (a) und (d) werden erhalten, wenn die Lichtsteuereinrichtung nicht angewandt wird. Hierbei wird eine Objektivlinse, die eine nummerische Apertur von 0,6 und einen effektiven Radius von 2 mm besitzt, verwendet. Als ein Beispiel der Lichtsteuereinrichtung zum Blockieren oder Streuen des Lichts wird ein ringförmig geformter Lichtsteuerfilm, der eine zentrale Höhe von 1,4 mm von der optischen Achse und eine Breite von 0,25 mm besitzt, angewandt.
Unter den vorstehenden Bedingungen sind die Graphiken (c) und (d) Kurven, die die Änderung in den Lichtfleckgrößen in dem Fall eines Anwendens einer 0,6 mm Platte darstellen, und die Graphiken (a) und (b) sind solche bei einem Fall, der eine 1,2 mm Platte anwendet. Hierbei stellen die Graphiken (b) und (c) den Fleckzustand dar, der vorhanden ist, wenn die vorliegende Erfindung angewandt wird.
Es ist verständlich, dass der Unterschied in der Fleckgröße an dem zentralen Bereich "A" der Fig. 5 innerhalb von 3% in Abhängigkeit von dem Vorhandensein oder Nichtvorhan densein des Lichtsteuerfilms in einem Fall eines Anwendens einer 0,6 mm Platte liegt. Allerdings wird die Größe eines Bereichs "B", dargestellt in Fig. 5, merkbar unter Verwendung des Lichtsteuerfilms in dem Fall des Anwendens einer 1,2 mm Platte reduziert. Deshalb wird, wie vorstehend beschrieben ist, gemäß der vorliegenden Erfindung, der Lichtdurchgang durch den Zwischenbereich zwischen dem Achsennah- und dem Achsen- Fernbereich gesteuert. Zu diesem Zweck ist entlang des Lichtwegs eine Lichtsteuereinrichtung zum Steuern (z. B. Blockieren, Streuen, Brechen, Absorbieren oder Refraktieren) des Lichts in dem Zwischenbereich vorgesehen, um dadurch eine Erhöhung der Größe des peripheren Lichts des Lichtflecks und ein Reduzieren der sphärischen Aberration, die ansonsten auftreten würden, zu unterdrücken.
Fig. 7A zeigt ein schematisches Diagramm einer optischen Abtastvorrichtung, die die Objektivlinsenvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anwendet, wobei die Licht fokussierten Zustände in Bezug auf eine dünne und eine dicke Platte verglichen werden. Die Fig. 7B und 7C zeigen vergrößerte Ansichten der Fokuspunkte, dargestellt in Fig. 7A für dünne Platten und dicke Platten jeweils. Wie in den Fig. 7B und 7C dargestellt ist, wird die Objektivlinse 200 so bewegt, um das Licht auf entweder eine dünne und eine dicke Platte zu fokussieren.
Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Objektivlinse 200 und eines Lichtsteuerelements 100 als Lichtsteuereinrichtung.
In Fig. 7A stellt das Bezugszeichen 300a ein vergleichbar dünnes Informationsaufzeichnungsmedium, z. B. eine 0,6 mm dicke Platte, dar, und ein Bezugszeichen 300b stellt eine vergleichbar dicke Platte, z. B. eine 1,2 mm dicke Platte, dar. Es sollte angemerkt werden, dass der Durchmesser einer dünnen und einer dicken Platte derselbe sein kann. Auch können die Bodenflächen der Platten in irgendeiner unterschiedlichen Ebene oder in derselben Ebene in Abhängigkeit von dem Plattenhaltermechanismus (nicht dargestellt) zum Halten und Drehen der Platten 300a und 300b während eines-Betriebs angeordnet sein. Die Zeichnung ist so modifiziert worden, um den Unterschied in der Dicke darzustellen. Das Laserlicht führt durch eine Apertur in dem Plattenhalter hindurch, wie dies üblich ist. Eine übliche Objektivlinse 200 ist vor der Platte 300a oder 300b positioniert. Die Objektivlinse 200, die einen vorbestimmten, effektiven Durchmesser besitzt, fokussiert ein einfallendes Licht 400 von einer Lichtquelle 900 und empfängt das Licht, reflektiert von der Platte 300a oder 300b. Wie in Fig. 9 dargestellt ist, ist ein Lichtsteuerelement 100 nahe der Objektivlinse 200 vorgesehen, was ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist. Das Lichtsteuerelement 100 ist transparent und besitzt einen Lichtsteuerfilm 101 einer ringförmigen Form zum Unterdrücken, wie beispielsweise Blockieren oder Streuen, des einfallenden Lichts auf seine Oberfläche. Der äußere Durchmesser des Lichtsteuerfilms 101 ist kleiner als der effektive Durchmesser der Objektivlinse 200. Das Lichtsteuerelement ist aus Glas oder Kunststoff hergestellt. Cr, CrO&sub2; oder Ni können zum Beispiel als der Lichtsteuerfilm 101 verwendet werden. Alternativ, oder zusätzlich, könnten irgendwelche der Oberflächenunregelmäßigkeiten, diskutiert nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 12-17, auf dem Lichtsteuerelement verwendet werden.
Eine Kollimierlinse 500 und ein Strahlteiler 600 sind zwischen dem Lichtsteuerelement 100 und der Lichtquelle 900 vorgesehen, wie in Fig. 7A dargestellt ist. Eine Fokussierlinse 700 und ein Fotodetektor 800 sind entlang des Laufwegs des Lichts, reflektiert von dem Strahlteiler 600, vorgesehen. Hierbei ist der Fotodetektor 800 grundsätzlich von einer Quadranten-Struktur.
tn der optischen Aufnehmervorrichtung, die die vorstehende Konfiguration besitzt, gemäß der vorliegenden Erfindung, unterdrückt der Lichtsteuerfilm 101 unter den einfallenden Lichtstrahlen 400 den Lichtstrahl 402 des Zwischenbereichs, der durch den Bereich zwischen dem Achsennah- und dem Achsen-Fernbereich hindurchführt, um dadurch nur die Lichtstrahlen 401 und 403 zu transmittieren, die durch den Achsennah- und Fern-Bereich hindurchführen, wie in Fig. 9 dargestellt ist. Zum Beispiel würde ein Lichtsteuerfilm 101, hergestellt aus Chrom (Cr), den Lichtstrahl 402 in Bezug auf ein Hindurchführen durch das Lichtsteuerelement 100 blockieren. Weiterhin kann der Lichtstrahl 402 gestreut, reflektiert, gebrochen oder refraktiert werden, und zwar in Abhängigkeit von der Oberflächenrauhigkeit des Lichtsteuerfilms 101.
Der Lichtsteuerfilm 101, der die vorstehend beschriebene Funktion besitzt, ist direkt auf einer Oberfläche der Objektivlinse 200 beschichtet, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Wie in Fig. 11 dargestellt ist, kann der Lichtsteuerfilm 101' in seiner Form so modifiziert werden, um eine polygonale Form zu haben, wie beispielsweise eine rechteckige Form oder eine pentagonale Form, wie dies in Fig. 16 dargestellt ist, im Gegensatz zu einer kreisförmigen Form. Weiterhin kann ein zusätzlicher Lichtsteuerfilm 101 oder 101' vorgesehen werden, um den Achsen-Nahbereich in Abhängigkeit von der Dicke einer Platte zu definieren. Zum Beispiel wird die Objektivlinse zu einer dünnen Platte optimiert und ein entsprechender Achsen-Nahbereich sollte definiert werden. Deshalb können ein zusätzlicher Lichtsteuerfilm oder eine Nut vorgesehen werden, um einen geeigneten Zwischenbereich für die dünne Platte entsprechend deren Dicke zu definieren. In Fig. 10B wird eine zusätzliche, ringförmige Lichtsteuernut 102' hinzugefügt, um eine Platte zu optimieren, die eine Dicke von 0,9 mm besitzt. Demzufolge kann die Objektivlinse 200 für Platten verwendet werden, die Dicken von 0,6 mm, 0,9 mm oder 1,2 mm zum Beispiel haben.
Die Fig. 12A und 12B stellen eine Objektivlinse gemäß einer noch weiteren Ausführugnsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Fig. 13 und 14A sind eine perspektivische Ansicht und eine Vorderansicht der Objektivlinse, dargestellt in Fig. 12A, jeweils. In diesen Ausführungsformen ist eine Lichtablenkeinrichtung 102 als eine Lichtsfeuerein- richtung in der Objektivlinse 200' vorgesehen. Mit anderen Worten wird ein strukturelles Muster, d. h. eine Lichtsteuernut 102 einer ringförmigen Form, für ein teilweises Blockieren, Brechen, Refraktieren oder Streuen des einfallenden Lichts, in der Anfangslichtaufnahmeseite vorgesehen (Fig. 12A), oder auf der lichtemittierenden Seite (Fig. 12 B), der Objektivlinse 200'. Weiterhin können die Nuten 102 in beiden Seiten der Objektivlinse 200' vorgesehen werden. Alternativ kann die Lichtablenkreinrichtung 102 die Form eines Vorsprungs oder einer keilförmigen Rippe 102 annehmen, wie dies in Fig. 15K, zum Beispiel, dargestellt ist. Die keilförmige Rippe 102 kann an irgendeiner Seite oder an beiden Seiten der Objektivlinse 200' plaziert werden. Der äußere Durchmesser der Lichtsteuernut oder der kantenförmigen Lichtsteuerrippe 102 ist kleiner als der effektive Durchmesser der Objektivlinse 200'.
Ähnlich dem vorstehend erwähnten Lichtsteuerfilm 101 ist die Lichtsteuernut oder die keilförmige Rippe 102 in dem Lichtbereich zwischen der nahen Achse und der fernen Achse vorgesehen, und funktioniert dahingehend, das einfallende Licht in einer Richtung unabhängig der Lichtfokussierung zurückzurichten (z. B. zu reflektieren, zu refraktieren oder zu streuen) oder zu unterdrücken (z. B. Blockieren des einfallenden Lichts).
Die Objektivlinse 200' kann durch ein allgemeines Hochdruckspritzgießverfahren (nicht dargestellt) oder durch ein Kompressionsformungsverfahren hergestellt werden, wie dies in den Fig. 15H bis 15K dargestellt ist, unter Verwendung einer Form, die ein Muster entsprechend zu der keilförmigen Rippe 102 besitzt.
Die untere Form 1002a besitzt ein Muster, das eine oder mehrere Nuten 103a gebildet entsprechend der Lichtsteuerrippe 102 zum Dispergieren des Lichts in dem Zwischenbereich, besitzt, wie dies in den Fig. 15A und 15B dargestellt ist, so dass die hergestellte Linse mit einer abgestuften oder keilförmigen Lichtsteuereinrichtung versehen ist, die von der Oberfläche der Linse vorsteht, wurde allerdings in der Beschreibung der Fig. 12a vorstehend als eine Nut oder eine Lichtsteuereinrichtung angegeben, die ein Brechungsgitter besitzt. Die Nut 103a ist an dem Zwischenbereich zwischen dem Achsen-Nahbereich und dem Achsen-Fernbereich gebildet. Auch kann die Lichtsteuereinrichtung 102 alternativ eingraviert, geätzt oder eingekratzt auf der Oberfläche der Linse sein. Wie in den Fig. 15C und 15D dargestellt ist, weist eine ungleichmäßige Oberfläche, gebildet durch eine Errosions- oder Ätzbehandlung in dem Bereich K, die Lichtsteuereinrichtung 102 der Linse gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf.
Die Fig. 15E bis 15G stellen verschiedene Beispiele der unebenen Oberflächen (rauhe, gezahnte, gezackte Oberflächen) zum Bilden der Lichtsteuereinrichtung 102 dar, die aus nur einer Form einer Oberflächenungleichmäßigkeit oder einer Kombination von Typen aufgebaut sein kann. In Fig. 15F kann die Lichtsteuereinrichtung 102 eine gleichmäßig abgestufte Form haben, die ein Gittermuster bildet, um das einfallende Licht in dem Zwischenbereich zu brechen. Das Gittermuster besitzt eine Teilung S, die geringer als ungefähr 200 um ist, für eine Laserwellenlänge von 650 nm.
Die Fig. 15H stellt ein Linsenmaterial von 200 m, wie beispielsweise Glas oder Kunststoff, zwischen der oberen Form 1001 und der unteren Form 1002a zwischengefügt, dar. Wie in Fig. 151 dargestellt ist, sind die obere Form 1001 und die untere Form 1002a nahe zueinander gebracht, um komprimierend das Linsenmaterial 200 m zu formen. Dann werden, wie in Fig. 15 J dargestellt ist, die obere Form 1001 und die untere Form 1002a separiert und die Objektivlinse 200 m, wird erhalten. Die Lichtsteuernut 102 ist vorzugsweise für die bodenseitige Oberfläche der Objektivlinse 200' so gebildet, dass sie um einen vorbestimmten Winkel θ in Bezug auf eine Senkrechte zu der optischen Achse orientiert ist, wie in Fig. 14B dargestellt ist. Das Licht des Zwischenbereichs, reflektiert von der Lichtsteuernut 102, wird vorzugsweise in einer Richtung nicht parallel zu der optischen Achse gestreut oder reflektiert.
Fig. 16 zeigt eine Vorderansicht einer Objektivlinse, die eine Lichtsteuernut als eine Lichfsteuereinrichtung besitzt, wogegen eine Lichtsteuernut 102' einer quadratischen Form in der Objektivlinse 200' entsprechend einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist.
Die Lichtsteuernut 102' kann von einer polygonalen Form, wie beispielsweise einer rechteckigen Form, gebildet sein. Weiterhin kann die Objektivlinse so modifiziert sein, um mehr als eine Lichtsteuernut zu haben, um das einfallende Licht zu steuern. Es ist auch möglich, irgendeine dieser Oberflächenunregelmäßigkeiten (z. B. Nut, Rippe, verzahnt, rauh und gekerbt) auf einem separaten, transparenten Element, wie beispielsweise den Lichtsteuerelementen 100, zu verwenden.
In den vorstehenden Ausführungsformen wurde eine konvexe Linse als die Objektivlinse 200 oder 200' verwendet, die durch eine planare Linse unter Verwendung einer Brechungstheorie, wie beispielsweise durch eine Hologrammlinse oder eine Fresnellinse, ersetzt werden könnte. Genauer gesagt wird, wenn die Linse mit einer Lichtsteuereinrichtung ver- sehen wird, eine ringförmige oder rechteckige Lichtsteuernut 102" in einer ebenen Linse, wie dies in Fig. 17 dargestellt ist, gebildet, oder ein separat hergestellter Lichtsteuerfilm 101, der eine ringförmige oder rechteckige Form besitzt, wird fixiert oder beschichtet, wie in 'Fig. 18 dargestellt ist. Die Lichtsteuernut 102" überträgt das Licht 402 des Zwischenbereichs ohne Brechung. Ansonsten reflektiert die Lichtsteuernut 102 Licht in dem Zwischenbereich in einer Richtung unabhängig der Lichtfokussierung. Demzufolge wird das Licht 402 des Zwischenbereichs davor bewahrt, dass es den Lichtfleck einer Platte erreicht.
Ein Lichtsteuerfilm 101, dargestellt in Fig. 18, absorbiert, streut und/oder reflektiert das Licht 402 des Zwischenbereichs, das auf eine ebene Linse 202' einfallend ist, verhindert, dass das Licht 402 des Zwischenbereichs den Lichtfleck einer Platte erreicht. Zum Beispiel absorbiert, wenn ein dunkler Fabanstrich als ein Lichtsteuerfilm verwendet wird, der Film das Licht. Auch kann die Lichtsteuernut oder der Lichtsteuerfilm, dargestellt in den Fig. 17 und 18, so modifiziert werden, um mehr als eine ringförmige Nut oder einen Film, abhängig von der Dicke der Platte, zu haben.
Es sollte angemerkt werden, dass die Linsenvorrichtungsstruktur, die vorstehend beschrieben ist, nicht auf eine Objektivlinse, verwendet in einer optischen Abtastvorrichtung, beschränkt ist.
Fig. 19 stellt die Größe des Lichtflecks auf einer 1,2 mm dicken Platte dar, wie er durch die vorstehenden Ausführungsformen erhalten ist. Die Objektivlinse, die hier angewendet ist, besitzt einen effektiven Durchmesser von 4 mm, einen Durchmesser des Achsen- Nahbereichs von 2 mm und demjenigen des Achsen-Fernbereichs von 2,4 mm bis 4,0 mm. Demzufolge blockiert die Lichtsteuereinrichtung die Lichtstrahlern, die von 2,0 mm bis 2,4 mm im Durchmesser reichen. Der innere Durchmesser der Lichtsteuereinrichtung mit einer ringförmigen Form kann so geändert werden, dass er in dem Bereich von 2,0 bis 3,0 mm liegt, um den fokussierenden Fleck in der Platte zu optimieren. Auch können der innere Durchmesser und die Breite der Lichtsteuereinrichtung zwischen 1, 1 bis 1,4 mm (wie beispielsweise 1,2 mm) und zwischen 0,1 und 0,25 mm (wie beispielsweise 0,1 S mm) jeweils liegen. Andere Bereiche sind in Abhängigkeit von den Systembetrachtungen möglich.
Bei dem Lichtfleck, gebildet unter den vorstehenden Bedingungen, als Folge der Messung, war der Durchmesser des Lichtflecks an einem Punkt von 1/e²(~13%) der zentralen Licht- intensität 9,3 um. Verglichen mit der Vorrichtung, die in Fig. 5 dargestellt ist, die keinen Lichtsteuerfilm anwendet, wird die Lichtmenge des Bereichs "B", dargestellt in Fig. 5, um mehr als 70% gemäß der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung reduziert, die einen Lichtsteuerfilm anwendet.
Fig. 20 stellt die Größe des Lichtflecks auf einer vergleichbar dünnen Platte d. h. einer 0,6 mm Platte, unter den vorstehend erwähnten Bedingungen dar. Gemäß der Messung war der Durchmesser des Lichtflecks an einem Punkt von 1/e²(~13%) der zentralen Lichtintensität 0,83 um.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann, gemäß der vorliegenden Erfindung, ein Lichtfleck auf einer Platte bei einem optimalen Zustand gebildet werden. Wie in Fig. 7A dargestellt ist, wird das Licht, reflektiert von der Platte, über die Objektivlinse 200, das Lichtsteuerelement 100 und die Kollimationslinse 500 übertragen und wird von dem Strahlteiler 600 reflektiert, um dann über die Fokussierlinse 700 transmittiert zu werden, um den Fototdetektor 800 zu erreichen, wo er erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Der Fotodetektor 800 dient zum Erhalten eines Fokusfehlersignals durch eine astigmatische Aberration und ist allgemein ein Quadranten-Detektor.
Nachfolgend werden die Charakteristika des Fotodetektors 800 in der optischen Abtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
Wie in den Fig. 21 bis 22 dargestellt ist, besitzt ein Fleck, gebildet in der Mitte des Fototdetektors 800, zentrale Bereiche 901a und 901b entsprechend dem Licht des Achsen- Nahbereichs und der peripheren Bereiche 902a und 902b entsprechend dem Licht des Achsen-Fernbereichs. Die Angaben "a" und "b" geben einen Lichtfleck auf einer dicken Platte und einer dünnen Platte jeweils an. Genauer gesagt zeigt Fig. 21 den Fall einer vergleichbar dicken Platte z. B. einer 1,2 mm Platte, und Fig. 22 zeigt den fall einer vergleichbar dünnen Platte z. B. einer 0,6 mm Platte. Die Änderung in den Durchmessern ist nicht signifikant in dem zentralen Bereich 901a durch das Licht des Achsen-Nahbereichs, unabhängig der Plattendicke. Allerdings ist die Änderung in den Durchmessern in dem Zwischenbereich 903a signifikant, in dem das Licht durch das Lichtsteuerelement 100 blockiert wird.
Erstens ist, wie Fig. 21 zeigt, der zentrale Bereich 901a entsprechend zu dem Achsen- Nahbereich in der Mitte des Fotodetektors 800 vorhanden und periphere Bereiche 902a umgibt den Fotodetektor 800. Der Zwischenbereich 903a zwischen dem zentralen Bereich h 901a und dem peripheren Bereich 902a ist der Bereich, von der das Licht durch ein Lichtsteuerelement eliminiert wird. Da der periphere Bereich 902a und der Zwischenbereich 903a im wesentlichen durch eine sphärische Aberration in diesem Beispiel vergrößert sind, wo die reflektive Oberfläche der Platte nahe dem paraxialen Fokus liegt, wird nur das Licht der nahen Achse beim Wiedergeben von Informationen von einer 1,2 mm dicken Platte verwendet.
Wie Fig. 22 zeigt, sind sowohl der zentrale (d. h. nahe Achse) Bereich 901b als auch der periphere (d. h. ferne Achse) Bereich 902b auf der Detektionsoberfläche des Fotodetektors 800 gebildet, da, in diesem Beispiel, die reflektive Oberfläche der dünnen Platte nahe dem minimalen Kreis des Strahlfokus Liegt. Mit anderen Worten wird das gesamte Licht des Achsennah- und Fernbereichs beim Wiedergeben von Informationen von einer dünnen (0,6 mm) Platte, ausschließlich des Lichts des Zwischenbereichs, das durch das Lichtsteuerelement eliminiert ist, verwendet. Hierbei behält der Durchmesser des Achsen- Nahbereichs 901b, der paraxial ist, einen relativ konstanten Wert, unabhängig eines Plattentyps, bei.
Wie vorstehend beschrieben ist, verwendet, um Informationen von Platten, die unterschiedliche Dicken haben, zu lesen, die optische Abtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Fotodetektor 800 an, der so ausgelegt ist, um nur das Licht des Achsen-Nahbereichs beim Lesen von Informationen von einer dicken Platte aufzunehmen und das Licht des Achsennah- und Fernbereichs beim Lesen von Informationen von einer dünnen Platte aufzunehmen. Deshalb wird, wenn eine dicke Platte verwendet werden, ein Signal entsprechend dem Licht des Achsen-Nahbereichs erhalten. Wenn eine dünne Platte verwendet wird, wird ein Signal mit relativ höherer Intensität, entsprechend dem Licht des Achsennah- und Fernbereichs, erhalten.
Fig. 23 stellt einen anderen Typ eines Fotodetektors 810 dar, der eine Oktaeder- oder Acht-Segment-Struktur besitzt, wobei ein zweiter Erfassungsbereich 812 um einen ersten Erfassungsbereich 811 herum vorgesehen ist, der zentral angeordnet ist und äquivalent zu dem Qudranten-Fotodetektor, dargestellt in Fig. 21, ist. Hierbei besteht der erste Erfassungsbereich 811 aus vier rechteckigen, ersten, lichtaufnehmenden Elementen A1, B1, C1 und D1, und der zweite Erfassungsbereich 812 besteht aus vier L-förmigen, zweiten, lichtaufnehmenden Elementen A2, B2, C2 und D2.
Ein Fokusfehlersignal, erhalten durch Verwenden des Oktaeder-Fotodetektors 810, ist in Fig. 30 dargestellt, wenn Informationen von einer dicken Platte gelesen werden. Hierbei wird das Signal von dem ersten, lichtaufnehmenden Bereich 811 nur durch eine durchgezogene Linie A angezeigt und dasjenige, empfangen von sowohl dem ersten als auch dem zweiten lichtaufnehmendem Bereich 811 und 812, wird durch eine unterbrochene Linie B angezeigt.
Die Fig. 24-26 und 27-29 stellen jeweils die lichtaufnehmenden Zustände des Fotodetektors dar, wenn eine dünne Platte (digitale Videoplatte) verwendet wird, und wenn eine dicke Platte (Compakt Disk) verwendet wird.
Der erste Erfassungsbereich 811 besitzt Dimensionen, so dass die Größe des ersten Bereichs 811 so optimiert werden sollte, um das Licht von dem Achsen-Nahbereich ohne Verlust aufzunehmen, wenn Informationen von einer dicken Platte gelesen werden und um das Licht nicht von dem Achsen-Fernbereich aufzunehmen. Zusätzlich besitzen der erste und der zweite Erfassungsbereich 811 und 812 Dimensionen, so dass die Lichtstrahlen des Achsennah- und Achsen-Fernbereichs alle aufgenommen werden, wenn Informationen von einer dünnen Platte gelesen werden, wie in Fig. 24 dargestellt ist. Wenn Informationen von einer dicken Platte gelesen werden, trifft das Licht des Achsen-Fernbereichs auf den zweiten, lichtaufnehmenden Bereich 812 auf, wie in Fig. 27 dargestellt ist. Die Fig. 24, 25 und 26 steilen jeweils die lichtaufnehmenden Zustände dar, wenn eine Objektivlinse im Fokus in Bezug auf eine dünne Platte ist, wenn die Objektivlinse zu weit von der Platte entfernt positioniert ist und wenn die Objektivlinse zu nahe zu der Platte positioniert ist. Ähnlich stellen die Fig. 27-29 jeweils die lichtaufnehmenden Zustände dar, wenn eine Objektivlinse im Fokus in Bezug auf eine dicke Platte ist, wenn sie zu weit von der Platte entfernt positioniert ist und wenn sie zu nahe zu der Platte positioniert ist. In dem Fotodetektor 810, der die vorstehend erwähnte Struktur besitzt, wird das gesamte Signal, d. h. dasjenige von sowohl dem ersten als auch dem zweiten lichtaufnehmenden Bereich 811 und 812, beim Lesen von Informationen von einer dünnen Platte verwendet, und nur das Signal von dem ersten, lichtaufnehmenden Bereich 811 wird beim Lesen von Lnformationen von einer dicken Platte verwendet.
Fig. 30 stellt die Fokusfehlersignaländerungen durch das Signal von dem ersten, lichtaufnehmenden Bereich (durchgezogene Linie A) und durch das gesamte Signal von dem ersten und dem zweiten lichtaufnehmenden Bereich (unterbrochene Linie B) dar, wenn Informationen von einer dicken Platte gelesen werden. Der Unterschied zwischen den Formen, angezeigt durch die durchgezogene Linie A und die unterbrochene Linie B, entsteht von der Menge an gestreutem Licht in einer dicken Platte. In dem Oktaeder- Fotodetektor 810 wird gestreutes Licht, das von einer großen, sphärischen Aberration der dicken Platte ausgeht, hauptsächlich durch den äußeren Fotodetektor 812 erfasst. Dieses gestreute Licht, erfasst durch den äußeren Fotodetektor 812, bewirkt eine Erhöhung in der Amplitude des Fokusfehlersignals, was zu einem nicht-stabilen Fokusfehlersignal führt, wie durch die unterbrochene Linie B dargestellt ist. Und dadurch kann es, wenn nur das erfasste Lieht, das auf den inneren Fototdetektor 811 auftrifft, verwendet wird, möglich sein, den Effekt des gestreuten Lichts auf der S-Kurve, wie sie durch die durchgezogene Linie A dargestellt ist, zu reduzieren. In der praktischen Verwendung ist das Fokusfehlersignal, wie es durch A bezeichnet ist, besser als B, da es einen einzelnen Nulldurchgangspunkt für das Fokusfehlersignal besitzt, wobei die Symmetrie des Signals an dem Nulldurchgangspunkt ein wichtiges Charakteristikum ist, um eine Position an dem Fokus der Objektivlinse zu identifizieren.
Wie aus dem Vorstehenden verständlich ist, werden, wenn Lnformationen von einer dicken Platte gelesen werden, die Fokusfehlersignalkomponenten durch Verwendung nur des Lichts des Achsen-Nahbereichs erhalten, um dadurch ein stabiles Fokusfehlersignal zu erhalten, wie dies in Fig. 30 dargestellt ist.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist, in dem Fokussteuerverfahren der Objektivlinsenvorrichtung und der optischen Vorrichtung, die dasselbe entsprechend der vorliegenden Erfindung anwenden, was einen Größe reduzierenden Effekt des Lichtflecks hat, d. h. der Lichtmenge des Bereichs "B" der Fig. 5, und einen stabilisierenden Effekt in Bezug auf das Fokusfehlersignal, da nur ein einzelnes Fokusfehlersignal unabhängig einer Plattendicke erzeugt wird, eine zusätzliche Fokussteuereinrichtung nicht erforderlich, um die unterschiedlichen dicken Platten zu verwenden.
Auch sind die Größen der erfassten Fokusfehlersignale in Abhängigkeit von der Plattendicke unterschiedlich. Mit anderen Worten erreicht, wie in Fig. 31 dargestellt ist, das gesamte Licht des Achsennah- und Fernbereichs einen Fotodetektor in dem Fall einer dünnen Platte, und nur das Licht des Achsen-Nahbereichs erreicht den Fotodetektor in dem Fall einer dicken Platte, um dadurch einfach den Plattentyp zu diskriminieren. Der Vorgang einer Diskriminierung des Plattentyps wird nun im Detail unter Bezugnahme 1 auf das Flußdiagramm der Fig. 32 beschrieben.
Wenn eine dünne oder eine dicke Platte eingesetzt wird (Schritt 100), wird der Fokusstrom (der die Position der Objektivlinse relativ zu der Platte steuert) erhöht oder erniedrigt, um den Bereich einer Objektivlinse zu diskriminieren, d. h. den Typ einer Platte, wie in Fig. 33 dargestellt ist. Die Objektivlinse wird nach oben und nach unten m male (m = 1, 2, 3, ...) innerhalb deren Bereich einer Fokuseinstellung bewegt, um dadurch ein Summensignal von dem Fotodetektor (Zusammenaddieren aller Signale von jedem der acht Quadranten) und ein Fokusfehlersignal (Sf) (Schritt 101) zu erhalten. Da ein Quadranten-Fotodetektor verwendet wird, wird das Fokusfehlersignal durch ein konventionelles, astigmatisches Verfahren erhalten, wie dies in dem US-Patent Nr. 4,695,158 für Kotaka et. al., zum Beispiel, offenbart ist. Da dies herkömmlich ist, wird eine Erläuterung davon hier nicht vorgenommen. Experimentell ist gezeigt worden, dass die Amplitude des Fokusfehlersignals für eine Wiedergabe einer dünnen Platte vier Mal derjenigen einer Wiedergabe für eine dicke Platte ist, dass die Lichtintensität genug für eine Kompatibilität mit beiden Plattentypen ist und dass eine Fokusfehlersignalstabiliserung realisiert wird.
Der Umfang einer sphärischen Aberration wird durch das vorstehend beschriebene Verfahren reduziert, um ein Signal, aufgezeichnet auf einer Platte, wiederzugeben. Allerdigns ist die sphärische Aberration größer als diejenige des optischen Aufnehmers für das herkömmliche Kompaktplattenabspielgerät (Compact Disc Player), was dadurch zu einer Verschlechterung eines Wiedergabesignals führt. Deshalb ist es bevorzugt, dass ein Digital- Wellenform-Equalizer verwendet wird, wie dies in Fig. 36 dargestellt ist, der, unter Annahme eines Eingangssignals fi(t), ein Ausgangssignal fo(t) entsprechend
fo(t) = fi(t + τ) - K[fi(t) + fi(t + 2τ)]
erzeugt, wobei τ eine vorbestimmte Verzögerungszeit ist und K ein vorbestimmter Amplituden-Teiler ist, wie in Fig. 32 dargestellt ist (Schritte 106 und 117).
Wenn einmal das Fokusfehlersignal Sf und das Summensignal erhalten sind (Schritt 101) wird bestimmt, ob das Fokusfehlersignal Sf größer als ein erstes Referenzsignal für eine dünne Platte ist (Schritt 102). Zu diesem Zeitpunkt kann das Summensignal auch mit dem ersten Referenzsignal entsprechend den Design-Bedingungen verglichen werden. Wie in Fig. 34 dargestellt ist, wird, wenn der erste Referenzwert geringer als das Fokussignal Sf oder das Summensignal ist, bestimmt, dass die Platte dünn ist (Schritt 103), und eine Fokussierung und eine Spurführung werden kontinuierlich durchgeführt (Schritt 104) entsprechend dieser Bestimmung, um dadurch ein Wiedergabesignal zu erhalten (Schritt 105). Das Wiedergabesignal führt durch einen Wellenform-Equalizer hindurch (Schritt 106) für eine dünne Platte, um ein Wellenform-Egalisierungssignal zu erhalten (Schritt 107). Allerdings wird dann, wenn der erste Referenzwert größer als Fokusfehlersignal Sf des Summensignals ist, bestimmt, ob das Fokusfehlersignal größer als der zweite Referenzwert ist, und zwar entsprechend zu der dicken Platte (Schritt 113).
Wie in Fig. 35 dargestellt ist, wird, falls der erste Referenzwert größer als das Fokusfehlersignal Sf oder das Summensignal ist und das Fokusfehlersignal Sf oder das Summensignal größer als der zweite Referenzwert ist (Schritt 113), bestimmt, dass die Platte dick ist (Schritt 114) und eine Fokussierung und Spurführung werden kontinuierlich durchgeführt (Schritt 115), um dadurch ein Wiedergabesignal zu erhalten (Schritt 116). Das Wiedergabesignal führt durch einen Wellenform-Equalizer hindurch (Schritt 117) für eine dünne Platte, um ein Wellenform-Egalisierungssignal zu erhalten (Schritt 118).
Wenn das Fokusfehlersignal Sf oder das Summensignal kleiner als ein zweites Referenzsignal ist, wird ein Fehlersignal erzeugt (Sehritt 123). Das Fokusfehlersignal und das Sumensignal können verwendet werden, um den Plattentyp deutlich zu diskriminieren, und dieses Verfahren, das beide Signale verwendet, reduziert den Diskriminierungsfehler. Wie vorstehend beschrieben ist, besitzt die Linsenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verschiedene Vorteile wie folgt:
die Linsenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wendet eine Lichtblockier- oder -Streueinrichtung an, die einfach und leicht herzustellen ist, anstelle einer komplexen und teuren Hologrammlinse. Auch besitzt, da das Licht verwendet werden kann, ohne dass es durch eine Hologrammlinse separiert wird, die Linsenvorrichtung eine höhere Lichtnutzungseffektivität als diejenige der herkömmlichen Vorrichtung. Zusätzlich kann, da ein sehr kleiner Strahlfleck gebildet wird, die Funktionsweise einer Aufzeichnung und Wiedergabe von Informationen erhöht werden. Da die Linsenvorrichtung mit einer Licht blockierenden, refraktierenden, difraktierenden oder streuenden Einrichtung eine einzelne Objektivlinse besitzt, ist es sehr einfach, die optische Abtasteinrichtung, die dis Linsenvorrichtung einsetzt, zu montieren und einzustellen. Auch ist, da ein Signal, dass den Plattentyp diskriminieren kann, immer ungeachtet der Dicke der Platten erhalten wird, eine zusätzliche Einrichtung nicht zum Diskriminieren des Plattentyps erforderlich. Im Gegensatz dazu muss die herkömmliche Vorrichtung, die ein Hologramm verwendet, eine zusätzliche Einrichtung einsetzen, um einige Signale zu dikriminieren, da die Vorrichtung mehrere Signale erzeugt. Unter den mehreren Signalen wird eines für dünne Platten und das andere verwendet und das andere wird für dicke Platten verwendet.
Während die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen davon dargestellt und beschrieben ist, wird für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet verständlich werden, dass verschiedene andere Änderungen in Form und Details darin vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel kann die relative Position der Platten in dem Lichtweg geändert werden, um dadurch die Fleckmuster und demzufolge die Details der verschiedenen Verfahren, die elektrisch umgewandelte Fleckmuster verwenden, zu ändern.

Industrielle Anwendbarkeit

Die vorliegende Erfindung kann in einem optischen System verwendet werden, das auf den Gebieten von Aufzeichnungsmedien zum Aufzeichnen/Wiedergeben von Video- oder Audiodaten eingesetzt wird.

Claims

1. Optische Abtastvorrichtung zum Wiedergeben/Aufzeichnen von Lnformationen von/auf optischen Platten mit unterschiedlicher Dicke, die umfasst:

eine Lichtquelle (900);

eine Objektivlinse (200), die auf einem Lichtweg von der Lichtquelle (900) vorhanden ist und Licht auf eine Platte (300) projiziert, wobei die Objektivlinse (200) Licht auf eine Fokuszone fokussiert und einen vorgegebenen wirksamen Durchmesser hat; und

eine Lichtsteuereinrichtung (100), die auf dem Lichtweg der Linse vorhanden ist und verhindert, dass Licht in einem axialen Zwischenbereich des Lichtweges in die Fokuszone gelangt, wobei sich der axiale Zwischenbereich zwischen einem axialen Nahbereich, der eine Mitte des Lichtweges einschließt, und einem axialen Fernbereich befindet, der sich radial außerhalb des Zwischenbereiches befindet, und wobei die Lichtsteuereinrichtung zulässt, dass Licht in dem Nah- und in dem Fernbereich des Lichtweges an entsprechenden Fokuspunkten in die Fokuszone gelangt.

2. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, die des Weiteren umfasst:

einen Strahlteiler (600), der zwischen der Lichtsteuereinrichtung (100) und der Lichtquelle (900) vorhanden ist; und

einen Fotodetektor (800), der das reflektierte Licht von der Platte (300) über den Strahlteiler (600) erfasst.

3. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtsteuereinrichtung (100) das Licht in dem Zwischenbereich des Lichtweges sperrt.

4. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtsteuereinrichtung (100) das Licht in dem Zwischenbereich des Lichtweges streut.

5. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtsteuereinrichtung (100) das Licht in dem Zwischenbereich des Lichtweges beugt.

6. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtsteuereinrichtung (100) das Licht in dem Zwischenbereich des Lichtweges absorbiert.

7. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtsteuereinrichtung (100) das Licht in dem Zwischenbereich des Lichtweges reflektiert.

8. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtsteuereinrichtung (100) das Licht in dem Zwischenbereich des Lichtweges in einer für die Fokuszone irrelevanten Richtung durchlässt.

9. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtsteuereinrichtung (100) das Licht in dem Zwischenbereich des Lichtweges in einer Richtung von der Fokuszone weg bricht.

10. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtsteuereinrichtung (100) einen vorgegebenen Bereich aufweist, der verhindert, dass Licht in einem axialen Zwischenbereich des Lichtweges in die Fokuszone gelangt, wobei der vorgegebene Bereich einen Außendurchmesser hat, der kleiner ist als der wirksame Durchmesser der Linse.

11. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtsteuereinrichtung ein Lichtsteuerfilm (101) einer vorgegebenen Struktur ist, der sich auf der Objektivlinse (200) befindet.

12. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtsteuereinrichtung ein transparentes Element (100) enthält.

13. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 12, wobei das transparente Element (100) um eine vorgegebene Strecke von der Objektivlinse (200) beabstandet ist.

14. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 12, wobei das transparente Element (100) wenigstens einen Lichtsteuerfilm einer vorgegebenen Struktur enthält.

15. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtsteuereinrichtung wenigstens einen Lichtsteuerfilm (101) einer vorgegebenen Struktur enthält, der sich auf der Objektivlinse (200) befindet.

16. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lichtsteuereinrichtung wenigstens eine Oberflächenunebenheit (102) einer vorgegebenen Struktur enthält.

17. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Oberflächenunebenheit (102) eine Nut enthält, die eine Seitenwand mit einem vorgegebenen Gefälle in Bezug auf eine Achse des Lichtweges aufweist.

18. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Nut (102) V-förmig ist.

19. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Nut (102) parallele Seiten hat und die Linse (200") eine Flachlinse ist.

20. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die wenigstens eine Oberflächenunebenheit eine vorstehende keilförmige Rippe (102) enthält.

21. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die wenigstens eine Oberflächenunebenheit eine aufgeraute Oberfläche enthält.

22. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Oberflächenunebenheit ein Beugungsgitter enthält, das das Licht in dem Zwischenbereich des Lichtweges von der Fokuszone weg beugt.

23. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Linse (200) eine brechende Fläche hat.

24. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Linse (200) eine Beugungslinse ist.

25. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Linse (200) eine Planlinse ist.

26. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Fotodetektor (800) einen ersten Lichtempfangsabschnitt, der nur Licht in dem Achsen-Nahbereich empfängt, das von einer relativ dickeren Platte reflektiert wird, und einen zweiten Lichtempfangsbereich enthält, der den ersten Lichtempfangsbereich umgibt, wobei der erste und der zweite Lichtempfangsbereich Licht sowohl in dem Achsen-Nah- als auch dem Fernbereich empfangen, das von einer relativ dünnen Platte reflektiert wird.

27. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 26, wobei der erste und der zweite Lichtempfangsbereich des Fotodetektors (800) Segmente enthalten, die in Quadranten unterteilt sind.

28. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die wenigstens eine Oberflächenunebenheit einer vorgegebenen Struktur auf wenigstens einer Fläche der Linse (200) ausgebildet ist.

29. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der axiale Zwischenbereich durch eine Plattendicke bestimmt wird.

30. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Platte (300) vorn Typ DVD oder CD ist.

31. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Platte (300) eine Dicke von 0,6±0,1 mm oder 1,2 ± 0,1 mm hat.

32. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Platte (300) aus Glas oder Kunststoff besteht.

33. Optische Abtastlinsenvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der axiale Nah- und Fernbereich durch den Betrag der optischen Aberration bestimmt werden.

34. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Platte (300) von dem Typ ist, der eine unterschiedliche Dicke hat.