DE19700504C2 - Optisches Aufnehmergerät - Google Patents

Optisches Aufnehmergerät

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Abstract

Es wird ein optisches Aufnehmergerät zur Verfügung gestellt, welches einen hohen Wirkungsgrad der Lichtausnutzung sowie eine geringe sphärische Aberration aufweist. Das optische Aufnehmergerät eines optischen Aufnehmers weist auf: eine Objektivlinse, die gegenüberliegend einer Diskette angeordnet ist und einen Lichtdurchlaßbereich aufweist, der in einen Zentrumsbereich, einen Zwischenbereich und einen Umfangsbereich unterteilt ist, entsprechend einer achsennahen Fläche, einer Zwischenfläche in Bezug auf die Achse bzw. achsenfernen Fläche einfallenden Lichts, wobei die Krümmung des zentralen Bereichs und des Umfangsbereichs für eine dünne Diskette optimiert ist und die Krümmung des Zwischenbereichs für eine dicke Diskette optimiert ist; eine Lichtquelle, die Licht durch die Objektivlinse auf eine Diskette ausstrahlt; einen Photodetektor zur Erfassung von Licht, welches von der Diskette reflektiert wird; einen Strahlteiler, der zwischen der Objektivlinse und der Lichtquelle angeordnet ist, um Licht von der Lichtquelle zur Objektivlinse durchzulassen und um von den Disketten reflektiertes Licht in Richtung auf den Photodetektor zu beugen. Daher kann das optische Aufnehmergerät sowohl für CDs verwendet werden, welche dick sind, wobei die Lichtstrahlen verwendet werden, die durch den nahen Bereich und den Zwischenbereich der Objektivlinse hindurchgehen, als auch für DVDs, die dünn sind, wobei die Lichtstrahlen verwendet werden, die durch den achsennahen Bereich und den ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Abtastgerät für ein optisches Gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welches bei einer optischen Aufnehmervorrichtung ein­ gesetzt wird, welche das Auslesen von Information aus optischen Disketten (disks), die un­ terschiedliche Dicken aufweisen, ermöglicht, sowie das Aufzeichnen von Information bei diesen Disketten.
Bei dem optischen Aufnehmer liegt eine Objektivlinse einer Aufzeichnungsoberfläche einer optischen Diskette gegenüber, um Licht zum Aufzeichnen von Information auf die Auf­ zeichnungsoberfläche der Diskette zu fokussieren, bzw. von der Oberfläche der Diskette reflektiertes Licht zu empfangen, um Information zu lesen.
Vor kurzem wurden Untersuchungen bei Antriebseinheiten für derartige optische Disketten durchgeführt, bei welchen die Antriebseinheit Disketten mit unterschiedlichen Durchmes­ sern aufnehmen kann, und zwar dadurch, daß eine Linsenvorrichtung eingesetzt wird, die sowohl eine Hologrammlinse als auch ei­ ne Brechungslinse aufweist.
Die Fig. 6 und 7 zeigen Fokussierungszustände eines konven­ tionellen optischen Aufnehmergeräts für einfallendes Licht, und zwar für gebeugtes Licht nullter Ordnung und gebeugtes Licht erster Ordnung auf einer dünnen bzw. einer dicken Dis­ kette. Eine Brechungslinse 2 und eine Hologrammlinse 1 sind hintereinander entlang einem optischen Pfad angeordnet, der von der Diskette 3a bzw. 3b ausgeht. Die Hologrammlinse 1 weist ein Gittermuster 11 auf, um durch die Hologrammlinse 1 hindurchgehendes Licht zu beugen. Während von einer Licht­ quelle (nicht gezeigt) ausgesandtes Licht 4 durch die Holo­ grammlinsen 1 hindurchgeht, wird daher das Licht in gebeug­ tes Licht 41 erster Ordnung bzw. ungebeugtes Licht 42 null­ ter Ordnung aufgeteilt. Wenn das gebeugte Licht 41 erster Ordnung und das ungebeugte Licht 40 nullter Ordnung durch jede der Objektivlinsen 2 hindurchgehen, wird daher das Licht 41 und 40 mit unterschiedlicher Intensität fokussiert, wo­ durch ein Brennpunkt auf der dünnen Diskette 3a und auf der dicken Diskette 3b erzeugt wird.
Das voranstehend geschilderte Linsengerät kann Information auf Disketten aufzeichnen, welche unterschiedliche Dicken aufweisen, und kann von diesen Information auslesen, unter Verwendung von Licht nullter Ordnung und von Licht erster Ordnung. Da jedoch das einfallende Licht in Licht nullter Ordnung und Licht erster Ordnung aufgeteilt wird, ist der Wirkungsgrad der Lichtausnutzung verringert. Da nämlich das einfallende Licht durch die Hologrammlinse 2 in Licht null­ ter Ordnung und Licht erster Ordnung aufgeteilt wird, beträgt die tatsächliche Lichtmenge, die zur Aufzeichnung von Infor­ mation verwendet wird, nur 15%. Darüber hinaus ist, wenn Information wiedergegeben wird, Information nur entweder im Licht nullter Ordnung oder im Licht erster Ordnung enthalten. Daher wird Licht erster Ordnung oder Licht nullter Ordnung ohne Information von einem Photodetektor erfasst, und dieses erfasste Licht kann Rau­ schen hervorrufen. Das voranstehend geschilderte Problem kann dadurch ausgeschaltet werden, dass die Hologrammlinse des Linsengeräts bearbeitet wird. Allerdings erfordert dies den Vorgang der hochpräzisen Ätzung eines feinen Musters auf das Hologramm, was die Herstellungskosten erhöht.
Aus der US-Patentschrift 5 414 451 ist ein optisches Abtastgerät der eingangs genannten Art bekannt, welches Licht auf jede einzelne Schicht eines mehrlagigen Speichermediums fokussieren kann. Das System umfasst eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht, einen Strahlteiler über den das von der Lichtquelle ausgestrahlte Licht auf das Speichermedium fokussiert wird und über den das von dem Speichermedium zurückreflektierte Licht auf ei­ nen Fotodetektor zur Erfassung des reflektierten Lichtes gelenkt wird. Allerdings wird zur Fokussierung auf die einzelnen Schichten ein nur aufwendig zu realisierendes Fokusein­ stellungs- und Fokusnachregelungssystem verwendet.
Aus der nachveröffentlichten PCT-Anmeldung WO 97/08691, die nur dem Stand der Tech­ nik die Neuheit und nicht die erfinderische Tätigkeit betreffend zuzurechnen ist, ist ein opti­ sches Abtastgerät bekannt, welches eine Objektivlinse verwendet, die drei Bereiche um­ fasst, die im Nahbereich, in mittlerer Entfernung und in weiterer Entfernung von der Lin­ senachse angeordnet sind. Dabei wird das von einer Lichtquelle emittierte Licht von der Nah- und der Fernregion der Linse auf eine dünne Diskette fokussiert, während einzig das den Nahbereich der Linse passierende Licht auf eine dicke Diskette fokussiert wird. Das von der Diskette reflektierte Licht wird anschließend von einem verschiedene Detektionsbe­ reiche umfassenden Fotodetektorsystem gemessen.
Allerdings kann mit dieser Anordnung kein hoher Wirkungsgrad der Lichtausnutzung erzielt werden, da in allen Fällen durch ein Lichtkontrollelement verhindert wird, dass der von der Lichtquelle auf den mittleren Bereich der Linse gerichtete Anteil des emittierten Lichtes auf die Disketten fokussiert wird und somit auch nicht zur Detektion verwendet werden kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines optischen Ab­ tastgerätes für ein optisches Gerät dessen Teile einfach und kostengünstig hergestellt und zusammengebaut werden können und welches einen hohen Wirkungsgrad der Lichtaus­ nutzung aufweist, wobei insbesondere das von der Lichtquelle emittierte Licht auf die opti­ sche Diskette unabhängig von der Dicke der optischen Diskette fokussiert werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteil­ hafte Ausführungsformen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines optischen Aufnehmergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 und 3 eine Perspektivansicht bzw. Vorderansicht einer Objektivlinse, die bei dem optischen Aufnehmergerät gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines optischen Pfades durch die Objektivlin­ se des optischen Aufnehmergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts A in Fig. 4;
Fig. 6 eine schematische Ansicht eines konventionellen Linsengeräts, welches eine Hologrammlinse aufweist, die eine Fokussierung auf einer dünnen Diskette vornimmt; und
Fig. 7 eine schematische Darstellung des Linsengeräts gemäß der Fig. 6, welches auf eine dicke Diskette fokussiert.
Bei einem optischen Aufnehmergerät gemäß der vorliegenden Erfindung ist, um die Erzeu­ gung einer sphärischen Abberation von Licht aus einer Zwischenfläche zu verhindern, wenn Infor­ mation von einer dicken Diskette wiedergegeben wird, wobei die Zwischenfläche zwischen einer nahen Fläche und einer ent­ fernten Fläche in bezug auf eine zentrale optische Achse angeordnet ist, die Krümmung eines Zwischenbereichs entspre­ chend der Zwischenfläche des Lichts in bezug auf die dicke Diskette optimiert. Weiterhin ist die Lichtempfangsfläche eines Photodetektors so begrenzt, daß Licht aus der achsen­ fernen Fläche diesen nicht erreichen kann, wenn Information von der dicken Diskette wiedergegeben wird. Hierbei ist die achsennahe Fläche eine Fläche um die zentrale Achse der Linse herum, mit vernachlässigbarer Aberration. Weiterhin ist die achsenferne Fläche eine Fläche, die relativ weit von der optischen Achse entfernt ist, verglichen mit der achsennahen Fläche, und stellt die Zwischenfläche eine Fläche zwischen der achsennahen und der achsenfernen Fläche dar.
Fig. 1 zeigt schematisch ein optisches Aufnehmergerät gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie bei einem üblichen optischen Aufnehmergerät sind eine Objektivlinse 20, ein Strahlteiler 60 und eine Nachweislinse 40 hintereinander auf einem opti­ schen Pfad zwischen einer Diskette 30 und einem Photodetek­ tor 90 angeordnet, und befindet sich eine Lichtquelle 80 auf einem anderen optischen Pfad von dem Strahlteiler 60.
Die Diskette 30 kann entweder eine dünne Diskette 30a (DVD) oder eine dicke Diskette 30b (CD) sein. Das Bezugszeichen WDD kennzeichnet die Entfernung zwischen der Objek­ tivlinse 20 und der dünnen Diskette 30a und das Bezugszeichen WDC kennzeichnet die Entfernung zwischen der Objektivlinse 20 und der dicken Diskette 30b. Dies bedeutet, dass bei einem Lese/Schreibvorgang die Arbeitsentfernung für die dünne Diskette 30a größer als die für die dicke Diskette 30b ist.
Bei dem optischen Aufnehmergerät mit dem voranstehenden Auf­ bau gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Objektivlinse 20 so ausgebildet, wie dies in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist.
Die Objektivlinse 20 weist einen torusförmigen oder ring­ förmigen Zwischenbereich A2 auf zumindest einer Seite auf, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Fläche zum Durchlassen des gesamten signifikanten Lichts. Weiterhin befindet sich ein zentraler Bereich A1 bzw. ein Umfangsbereich A3 innerhalb bzw. außerhalb des Zwischen­ bereichs A2. Hierbei sind die Krümmungen des zentralen Be­ reichs A1 und des Umfangsbereichs A3 für eine dünne digita­ le Videodiskette (DVD) optimiert, und ist die Krümmung des Zwischenbereichs A2 für eine dicke Kompaktdiskette (CD) op­ timiert. Weiterhin kann, abhängig von den Umständen, der Zwischenbereich A2 in mehrere Unterbereiche unterteilt sein. Vorzugsweise ist der Photodetektor 90 so ausgebildet, daß er nur Licht empfängt, welches durch den zentralen Bereich A1 und den Zwischenbereich A2 der Objektivlinse 20 hindurchge­ gangen ist, wenn Information von der dicken Diskette repro­ duziert wird, wobei Licht aus der achsenfernen Fläche nicht von dem Photodetektor 90 erfaßt wird.
Wenn daher, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, Information von der dicken CD 30b wiedergegeben wird, wird nur Licht innerhalb der gestrichelten Linie auf die dicke CD 30b fokus­ siert. Da Licht aus der achsennahen Fläche durch die Objek­ tivlinse geht, wird daher eine geringere sphärische Aberration hervorgerufen, obwohl die Krümmung des zentralen Bereichs A1 entsprechend der achsennahen Fläche für die dünne DVD 30a optimiert ist. Wenn Information von der dünnen DVD 30a wie­ dergegeben wird, geht Licht durch den zentralen Bereich A1 und den Umfangsbereich A3, deren Krümmungen für die dünne Diskette optimiert sind, wodurch ein Brennpunkt auf einer Oberfläche hervorgerufen wird, die Information erhält, näm­ lich der Oberfläche der dünnen Diskette 30a.
Wenn die numerische Apertur (NA) der Bereiche entsprechend der achsennahen Fläche bzw. der Zwischenfläche kleiner als 0,4 ist, kann ein kleiner Brennpunkt auf der dicken Diskette erzeugt werden, wobei der kleine Brennpunkt für die CD opti­ miert ist. Versuche haben ergeben, daß vorzugsweise der Ab­ stand des ringförmigen Zwischenbereichs größer als 50 µm gegenüber der dünnen Diskette beträgt, zur Erzielung stabi­ ler Wiedergabeeigenschaften. Weiterhin sind die Daten der Objektivlinse für jeden Bereich, optimiert für die CD und die DVD, in den Tabellen 1 und 2 aufgeführt.
Wie voranstehend geschildert, kann bei dem optischen Aufneh­ mergerät gemäß der vorliegenden Erfindung miteinander kompa­ tibel sowohl die dicke CD als auch die dünne DVD eingesetzt werden, und kann ein Signal erfaßt oder gemessen werden, ohne Rauschen aufzunehmen, unabhängig von der Dicke der Diskette. Darüber hinaus läßt sich die Objektivlinse einfach durch ein übliches Formpreß- oder Spritzgußverfahren herstellen, was die Herstellungskosten verringert.
Tabelle 1
Daten des Zwischenbereichs der Objektivlinse
Tabelle 2
Daten des Zentrumsbereichs und des Umfangsbereichs

Claims (14)

1. Optisches Abtastgerät für ein optisches Gerät, welches kompatibel mit optischen Disket­ ten verschiedener Dicke ist, wobei das optische Abtastgerät umfasst:
eine Lichtquelle (80);
eine Objektivlinse (20), die von der Lichtquelle emittiertes Licht auf eine optische Diskette (30) transmittiert;
einen Fotodetektor (90) zur Erfassung von Licht, welches von der optischen Diskette (30) reflektiert wird; und
ein Strahlteilerelement (60) zum Empfangen und zum auf die Objektlinse Transmittieren des von der Lichtquelle (80) ausgestrahlten Lichtes und zum Empfangen und zum auf den Fotodetektor Transmittieren des von der optischen Diskette (30) reflektierten Lichtes;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Objektivlinse (20) mehrere Bereiche (A1, A2, A3) umfasst, wobei einer der Bereiche (A1) ausgestaltet ist, um das von der Lichtquelle emittierte Licht auf die optische Diskette unab­ hängig von der Dicke der optischen Diskette zu fokussieren.
2. Optisches Abtastgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Diskette entweder eine Kompaktdiskette (CD) oder eine digitale Videodiskette (DVD) ist.
3. Optisches Abtastgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektivlinse eine diskontinuierlich gekrümmte Oberfläche hat.
4. Optisches Abtastgerät nach mindestens einem der Ansprüch 1 bis 3, gekennzeichnet durch
einen ersten Bereich (A1), um das von der Lichtquelle emittierte Licht auf die optische Dis­ kette unabhängig von der Dicke des optischen Speichermediums zu fokussieren;
einen zweiten Bereich (A2), um das von der Lichtquelle emittierte Licht auf die optische Diskette zu fokussieren, wenn die optische Diskette eine erste vorbestimmte Dicke hat; und
einen dritten Bereich (A3), um das von der Lichtquelle emittierte Licht auf die optische Dis­ kette zu fokussieren, wenn die optische Diskette eine zweite vorbestimmte Dicke hat, die unterschiedlich von der ersten vorbestimmten Dicke ist.
5. Optisches Abtastgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nur das Licht, das durch den ersten Bereich (A1) und den zweiten Bereich (A2) läuft, auf die optische Diskette fokussierbar ist, wenn die optische Diskette die erste vorbestimmte Dicke hat und nur das Licht, das durch den ersten Bereich (A1) und den dritten Bereich (A3) läuft, auf die optische Diskette fokussierbar ist, wenn die optische Diskette die zweite vorbe­ stimmte Dicke hat.
6. Optisches Abtastgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (A1) im zentralen Teil der Objektivlinse (20) angeordnet ist und den Mit­ telpunkt umfasst, der zweite Bereich (A2) neben dem ersten Bereich (A1) angeordnet ist und der dritte Bereich (A3) neben dem zweiten Bereich (A2) am Umfangsbereich der Ob­ jektivlinse (20) angeordnet ist.
7. Optisches Abtastgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (A1) im Wesentlichen scheibenförmig geformt ist, der zweite Bereich (A2) im Wesentlichen ringförmig den ersten Bereich (A1) umgebend geformt ist und der dritte Bereich (A3) im Wesentlichen ringförmig den zweiten Bereich umgebend geformt ist.
8. Optisches Abtastgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Eigenschaften des ersten Bereiches (A1) und des dritten Bereiches (A3) die gleichen sind und die optischen Eigenschaften des zweiten Bereiches von denjenigen des ersten Bereiches (A1) und des dritten Bereiches (A3) unterschieden sind.
9. Optisches Abtastgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Eigenschaften Krümmungen beinhalten, wobei die Krümmung des zweiten Bereiches (A2) unterschiedlich zu der Krümmung des ersten Bereiches (A1) und des dritten Bereiches (A3) ist.
10. Optisches Abtastgerät nach Anspruch 4 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (A2) einen ausgeschnittenen Bereich auf seiner Oberfläche umfasst.
11. Optisches Abtastgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich und der zweite Bereich eine numerische Apertur von weniger als 0,4 auf­ weisen.
12. Optisches Abtastgerät nach einem der Ansprüche 4 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Fotodetektor (90) ausgestaltet ist, nur das von der optischen Diskette reflektierte Licht zu empfangen, welches ursprünglich vom ersten und vom zweiten Bereich der Linse auf die optische Diskette hin transmittiert wird, wenn die Dicke der Diskette die erste vorbestimmte Dicke ist.
13. Optisches Abtastgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung der Objektivlinse (20) von der Oberfläche des optischen Speichermediums gemäß der Dicke des optischen Speichermediums variiert.
14. Optisches Abtastgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung eine erste vorbestimmte Entfernung ist, wenn die optische Diskette die erste vorbestimmte Dicke hat und dass die Entfernung eine zweite vorbestimmte Entfernung ist, wenn die optische Diskette die zweite vorbestimmte Dicke hat, wobei die erste vorbe­ stimmte Entfernung geringer als die zweite vorbestimmte Entfernung ist.
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