DE19828678A1 - Optisches System für ein Laufwerk für optische Speicherplatten - Google Patents

Optisches System für ein Laufwerk für optische Speicherplatten

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DE19828678A1
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Hiroshi Nishikawa
Wataru Kubo
Ryoichi Nakanishi
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Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System zur Verwendung beim Le­ sen/Schreiben von Daten von/auf einer optischen Speicherplatte in einem Lauf­ werk.
In jüngster Zeit wurden in der Technologie auf dem Gebiet der Laufwerke für ma­ gnetooptische Speicherplatten große Fortschritte erzielt. Die Speicherdichte für Daten auf einer magnetooptischen Speicherplatte beträgt mehr als 1,55 Gbit/cm2 (10 Gbit/inch2).
In einem solchen Laufwerk ist eine optische Objektivanordnung auf einem Arm befestigt, der in einer Richtung beweglich ist, die quer zu Spuren verläuft, die auf der magnetooptischen Speicherplatte ausgebildet sind. Eine Grobeinstellung des Arms auf eine Spur wird vorgenommen, indem der Arm so bewegt wird, daß ein Lichtpunkt in der Nähe der Spur auf der Speicherplatte auftrifft. Anschließend wird eine Feineinstellung auf die Spur vorgenommen, indem ein Einfallswinkel eines auf die optische Objektivanordnung treffenden Lichtstrahls mit Hilfe eines Galva­ nospiegels oder einer ähnlichen Vorrichtung geändert wird, so daß die Lage des Lichtpunktes auf der Speicherplatte der Position der Spur angepaßt wird. Bei der Feineinstellung auf die Spur wird der Lichtpunkt genau auf eine Spur positioniert, wobei der Abstand benachbarter Spuren beispielsweise 0,34 µm beträgt. Bei die­ ser Bewegung des Lichtpunktes auf der Oberfläche der Speicherplatte, das heißt, bei der Veränderung des Einfallswinkels des auf die Objektivanordnung einfallen­ den Lichtstrahls, ist es erforderlich, daß eine örtliche Intensitätsverteilung des Strahls unverändert bleibt. Mit anderen Worten, bei der Feineinstellung auf die Spur ist es erforderlich, daß eine Kopplungseffizienz zwischen der Objektivan­ ordnung und einer Lichtquelle, die zum Lesen/Schreiben von/auf der optischen Speicherplatte verwendet wird, unverändert bleibt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein optisches System anzugeben, das in einem Laufwerk für magnetooptische Speicherplatten mit einer drehbaren Umlenkungs­ einheit für Licht verwendet werden kann, eine hohe Genauigkeit und Zuverlässig­ keit der Spureinstellung auf der Speicherplatte ermöglicht und eine hohe Kopp­ lungseffizienz zwischen der Beleuchtungseinheit und der Objektivlinse gewährlei­ stet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches System für ein Laufwerk zum Le­ sen/Schreiben von Daten von/auf einer optischen Speicherplatte mit einer Be­ leuchtungseinheit, welche einen Laserstrahl aussendet, einer Umlenkeinheit mit einer drehbaren Spiegeloberfläche, auf die der Laserstrahl auftrifft und von der er umgelenkt wird, einem Objektiv-Linsensystem, das der optischen Speicherplatte zugewandt ist, und einem Zwischenabbildungssystem, das zwischen der Umlenk­ einheit und dem Objektiv-Linsensystem so angeordnet ist, daß die drehbare Spiegeloberfläche der Umlenkeinheit und eine vordere Hauptebene des Objektiv- Linsensystems zueinander konjugiert sind.
Das Zwischenabbildungssystem ist zwischen der Umlenkeinheit (dem Galva­ nospiegel) und der Objektivlinse angeordnet. Durch die Anordnung der Zwischen­ abbildungslinsen im Zwischenabbildungssystem sind die reflektierende Oberflä­ che des Galvanospiegels und die vordere Hauptebene der Objektivlinse zueinan­ der konjugiert, selbst wenn der Galvanospiegel gedreht wird. Dadurch wird si­ chergestellt, daß auch nach einer Drehung des Galvanospiegels der von ihm re­ flektierte Lichtstrahl auf denselben Abschnitt des Objektivlinsen-Systems trifft. Durch die Drehung des Galvanospiegels wird nur der Einfallswinkel des Laser­ strahls auf das Objektivlinsen-System verändert. Auf diese Weise kann die Fein­ einstellung der Spur mit Hilfe der Drehung des Galvanospiegels mit hoher Genau­ igkeit bewerkstelligt werden, wobei gleichzeitig eine hohe Kopplungseffizienz ge­ währleistet ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprü­ chen angegeben.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Laufwerks für magne­ tooptische Speicherplatten, in welches das erste und zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung eingebaut ist,
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Schreib- und Lesekopfes des in Fig. 1 dargestellten Laufwerks,
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht eines vorderen Abschnitts des Dreharms des in Fig. 1 dargestellten Laufwerks,
Fig. 4 eine Draufsicht des Dreharms des in Fig. 1 dargestellten Laufwerks,
Fig. 5 eine längs geschnittene Ansicht des Dreharms des in Fig. 1 dargestellten Laufwerks,
Fig. 6 eine Anordnung von optischen Elementen eines optischen Systems eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 7 eine Anordnung von optischen Elementen eines optischen Systems eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 8 eine Anordnung von optischen Elementen eines optischen Systems eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 9 eine Anordnung von optischen Elementen eines optischen Systems eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 10 eine Anordnung von optischen Elementen eines optischen Systems eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 11 eine Anordnung von optischen Elementen eines optischen Systems eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfin­ dung,
Fig. 12 eine Anordnung von optischen Elementen eines optischen Systems eines siebten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 13 einen optischen Strahlengang an einer Kombination einer Sammel- und einer Zerstreuungslinse,
Fig. 14 eine Anordnung von optischen Elementen eines optischen Systems eines achten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 15 die Umgebung des Galvanospiegels aus der gesehen aus der Richtung der Drehachse des Galvanospiegels,
Fig. 16 eine Schnittansicht der Umgebung des Galvanospiegels entlang der Linie A-A in Fig. 15,
Fig. 17 eine Anordnung von optischen Elementen eines optischen Systems eines neunten Ausführungsbeispiels der Erfindung in einer zur Drehachse des Galvanospiegels senkrechten Ebene
Fig. 18 eine Anordnung von optischen Elementen eines optischen Systems des neunten Ausführungsbeispiels der Erfindung in einer Ebene, die die Drehachse des Galvanospiegels enthält und
Fig. 19 eine Anordnung von optischen Elementen eines optischen Systems eines zehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Im folgenden wird ein Laufwerk beschrieben, in welches ein Galvanospiegel-Sy­ stem nach dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel eingebaut wird.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Laufwerkes für magnetooptische Speicherplatten (im folgenden das Laufwerk 1). Das Laufwerk 1 ist dafür vorgese­ hen, durch Anwendung einer sogenannten Nahfeldaufnahme(NFR)-Technologie Daten auf eine magnetooptische Speicherplatte 2 zu schreiben und von der Spei­ cherplatte 2 zu lesen.
In dem Laufwerk 1 ist eine solche Speicherplatte 2 auf einer drehbaren Achse 2A eines nicht gezeigten Spindelmotors gelagert. Das Laufwerk 1 hat einen Dreharm 3, der parallel zur Oberfläche der optischen Speicherplatte 2 angeordnet ist, und der drehbar an einer Achse 5 befestigt ist. An der Spitze des Dreharmes 3 ist ein Schreib- und Lesekopf 6 mit einem optischen Element angeordnet, die später noch beschrieben wird. Bei einer Drehung des Dreharmes 3 bewegt sich der Schreib- und Lesekopf 6 über Spuren der optischen Speicherplatte 2. Der Dreh­ arm 3 hat außerdem eine Beleuchtungseinheit 7, die nahe der Achse 5 angeord­ net ist.
Fig. 2 zeigt den Schreib- und Lesekopf 6 in einer vergrößerten Ansicht. Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Spitze des Dreharmes 3. Der Schreib- und Lesekopf 6 ist mit einem Federstreifen 8 an dem Dreharm 3 angeordnet. Ein Ende des Federstreifens 8 ist auf der Unterseite des Dreharmes 3 befestigt. An dem anderen Ende des Federstreifens ist der Schreib- und Lesekopf 6 angebracht. Wenn die optische Speicherplatte 2 rotiert, wird der Schreib- und Lesekopf 6 an­ gehoben durch den Luftstrom, der zwischen der optischen Speicherplatte 2 und dem Schreib- und Lesekopf 6 erzeugt wird. Wenn der Schreib- und Lesekopf 6 angehoben wird, dann wird der Federstreifen 8 elastisch verformt, wodurch der Schreib- und Lesekopf 6 heruntergedrückt wird. Durch das Gleichgewicht der aufwärtsgerichteten Kraft (verursacht durch den Luftstrom) und der abwärtsgerich­ teten Kraft (verursacht durch die Verformung des Federstreifens 8) wird der Schreib- und Lesekopf 6 auf zumindest annähernd gleicher Höhe gehalten.
Wie in Fig. 2 zu sehen ist, hat der Schreib- und Lesekopf 6 ein Objektiv 10 und eine in einem Feststoff eingebettete Immersionslinse (SIL) 11. An dem Dreharm 3 ist ein Spiegel 31 angeordnet. Der Spiegel 31 reflektiert den Laserstrahl 13, der von der Beleuchtungseinheit 7 ausgesandt wird, auf das Objektiv 10 (Fig. 3). Das Objektiv 10 bündelt den Laserstrahl 13. Die Immersionslinse 11 ist eine halb­ sphärische Linse, deren ebene Oberfläche 11A der optischen Speicherplatte 2 gegenüberliegend angeordnet ist. Der Fokus des Objektives 10 liegt auf der ebe­ nen Oberfläche 11A der Immersionslinse 11. Dadurch wird der Laserstrahl 13 auf die ebene Oberfläche 11A der Immersionslinse 11 gebündelt. Da der Zwischen­ raum zwischen der optischen Speicherplatte 2 und der ebenen Oberfläche 11A der Immersionslinse 11 kleiner als 1 µm ist, wird der gebündelte Laserstrahl in ei­ nen sogenannten evaneszenten Strahl (der sich über einen kleinen Zwischenraum zwischen dicht gegenüberliegenden Oberflächen ausbreitet) umgewandelt und er­ reicht als solcher die optische Speicherplatte 2. Weil der Strahldurchmesser des evaneszenten Stahles kleiner ist als der Durchmesser des gebündelten Laser­ strahles, läßt sich die Speicherdichte deutlich erhöhen. Die Verwendung der Im­ mersionslinse 11 und des evaneszenten Strahls in einem Daten speichernden Ge­ rät ist detailliert in der Druckschrift B. D. Terris, H. J. Manin, and D. Rugar, "Near­ field optical data storage", Appl. Phys. Lett. 68, 141-143 (1996) beschrieben.
Eine Spule 12 ist um die Immersionslinse 11 angeordnet, damit ein magnetisches Feld auf der Oberfläche der optischen Speicherplatte 2 erzeugt werden kann. Ein Strom durch die Spule 12 erzeugt ein magnetisches Feld, in dem sich die optische Speicherplatte 2 befindet. Durch den evaneszenten Strahl der Immersionslinse 11 und durch das magnetische Feld der Spule 12 werden Daten auf die optische Speicherplatte 2 geschrieben.
Fig. 4 und 5 zeigen eine Draufsicht des Dreharms 3 und eine längsgeschnittene Ansicht des Dreharmes 3. Der Dreharm 3 hat eine Antriebsspule 16 am dem Schreib- und Lesekopf 6 abgewandten Ende. Die Antriebsspule 16 ist in einem nicht gezeigten Anordnung zur Erzeugung eines Magnetfeldes angeordnet. Die Antriebsspule 16 und das Magnetfeld bilden einen Stellmotor 4. Der Dreharm 3 ist mit Lagern 17 an der Achse 5 gelagert. Der Dreharm 3 dreht sich durch elektro­ magnetische Induktion um die Achse 5, wenn ein Strom durch die Antriebsspule 16 fließt.
Die Beleuchtungseinheit 7 hat einen Halbleiterlaser 18, eine elektrische Versor­ gung 19, eine Kollimatorlinse 20 und eine zusammengesetzte Prismenanordnung 21. Außerdem hat die Beleuchtungseinheit 7 einen Laserkontrollsensor 22 zur Kontrolle der Laserleistung, ein Reflexionsprisma 23, einen Datensensor 24 und einen Spursensor 25. Ein divergenter Laserstrahl des Halbleiterlasers 18 wird von der Kollimatorlinse 20 in einen parallelen Laserstrahl umgewandelt. Wegen der Charakteristik des Halbleiterlasers 18 hat der Laserstrahl einen länglichen Strahl­ querschnitt. Um den Stahlquerschnitt des Laserstrahles zu korrigieren, ist eine Eintrittsfläche 21A der zusammengesetzten Prismenanordnung 21 gegen den einfallenden Laserstrahl geneigt angeordnet. Wenn der Laserstrahl durch die Ein­ trittsfläche 21A der zusammengesetzten Prismenanordnung 21 gebrochen wird, ergibt sich ein kreisförmiger Strahlquerschnitt des Laserstrahles. Der Laserstrahl gelangt auf eine erste teildurchlässige Spiegelfläche 21B. Von der ersten teil­ durchlässigen Spiegelfläche 21B wird ein Teil des Laserstrahles auf den Laser­ kontrollsensor 22 ausgekoppelt. Der Laserkontrollsensor 22 mißt die Intensität des einfallenden Laserstrahles. Das Ausgangssignal des Laserkontrollsensors 22 wird an eine Kontrolleinheit für die Versorgungsspannung des Lasers (nicht einge­ zeichnet) weitergeleitet, um die Leistung des Halbleiterlasers 18 zu stabilisieren.
Die Spureinstellung beinhaltet zwei Schritte: (1) eine grobe Spureinstellung und (2) eine feine Spureinstellung. Die grobe Spureinstellung erfolgt durch eine Dre­ hung des Dreharmes 3. Die feine Spureinstellung wird durch eine sehr geringe Bewegung des Lichtpunktes auf der optischen Speicherplatte 2 bewerkstelligt. Für diesen Zweck ist ein Galvanospiegel 26 im Strahlengang zwischen der Beleuch­ tungseinheit 7 und dem Objektiv 10 angeordnet. Der Galvanospiegel 26 ist so an­ geordnet, daß der Laserstrahl 13, der von der Beleuchtungseinheit 7 ausgesandt wird, direkt auftrifft. Der Laserstrahl 13 wird von dem Galvanospiegel 26 reflektiert und gelangt von dort zu dem Spiegel 31. Der Spiegel 31 reflektiert den Laserstrahl 13 auf den Schreib- und Lesekopf 6. Anschließend wird der Laserstrahl 13 ge­ bündelt und fällt auf die optische Speicherplatte 2. Durch eine Drehung des Gal­ vanospiegels 26 ändert sich der Einfallswinkel des Laserstrahles 13 beim Einfall auf das Objektiv 10. Auf diese Weise wird der Lichtpunkt auf der optischen Spei­ cherplatte 2 bewegt. Der Drehwinkel des Galvanospiegels 26 wird von einem Gal­ vanospiegel-Stellsensor 28 gemessen, die in der Nähe des Galvanospiegels an­ geordnet ist.
Wird der Galvanospiegel 26 gedreht, um den Einfallswinkel des Laserstrahles 13 auf das Objektiv 10 zu verändern, kann es vorkommen, daß ein Teil des Laser­ strahles 13 nicht auf das Objektiv 10 trifft. Zur Lösung dieses Problems sind eine erste und eine zweite Zwischenabbildungslinse 29 und 30 zwischen dem Galva­ nospiegel 26 und dem Spiegel 31 angeordnet. Dadurch wird eine Beziehung zwi­ schen einer Hauptebene des Objektivs 10 und der Mitte der Spiegelfläche des Galvanospiegels 26 (in der Nähe von dessen Drehachse) hergestellt. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß der vom Galvanospiegel 26 reflektierte Laserstrahl 13 das Objektiv 10 unabhängig von einer Drehung des Galvanospiegels 26 er­ reicht.
Nachdem der Laserstrahl 13 von der Oberfläche der optischen Speicherplatte 2 zurückgekehrt ist, gelangt er über den Schreib- und Lesekopf 6 und die Zwi­ schenabbildungslinsen 30 und 29 auf den Galvanospiegel 26. Danach trifft der Laserstrahl 13 auf die zusammengesetzte Prismenanordnung 21 und wird von der ersten teildurchlässigen Spiegelfläche 21B auf eine zweite teildurchlässige Spie­ gelfläche 21C reflektiert. Der Laserstrahl. Der Teil des Laserstrahles, der durch die zweite teildurchlässige Spiegelfläche 21C durchtritt, wird auf den Spursensor 25 gelenkt. Der Spursensor 25 gibt abhängig vom einfallenden Laserstrahl ein Spur­ fehlersignal aus. Der Teil des Laserstrahles, der von der zweiten teildurchlässigen Spiegelfläche 21C reflektiert wird, trifft auf ein Wollaston-Polarisationsprisma 32, das zwei polarisierte Strahlen erzeugt. Die polarisierten Strahlen treten durch eine Sammellinse 33, durch ein Reflexionsprisma 23 und werden auf dem Datensensor 24 gebündelt. Der Datensensor 24 hat zwei lichtempfindliche Bereiche, die die zwei polarisierten Strahlen jeweils empfangen. Auf diese Weise liest der Daten­ sensor 24 Daten, die auf der optischen Speicherplatte 2 gespeichert sind. Die Datensignale von dem Spursensor 25 und dem Datensensor 24 werden von einer nicht gezeigten Verstärkereinheit aufbereitet und an eine nicht gezeigte Kontroll­ einheit weitergeleitet.
Im folgenden werden optische Systeme von Ausführungsbeispielen der vorliegen­ den Erfindung erläutert. Zur Vereinfachung der Figuren und der Beschreibung wird der optische Weg nur teilweise dargestellt, und der Spiegel 31 sowie die Im­ mersionslinse 11 werden in der Zeichnung weggelassen. Bei jedem Ausführungs­ beispiel ist zwischen dem Galvanospiegel 26 und der Objektivlinse 10 ein Zwi­ schenabbildungssystem angeordnet. Verschiedene Varianten des Zwischenabbil­ dungssystems werden als unterschiedliche Ausführungsbeispiele erläutert.
[Erstes Ausführungsbeispiel]
Fig. 6 zeigt schematisch den Aufbau eines optischen Systems 1001 gemäß ei­ nem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das optische System 1001 kann in dem oben beschriebenen Laufwerk 1 verwendet werden.
Das in Fig. 6 dargestellte optische System 1001 hat ein Zwischenabbildungssy­ stem mit einem Paar von Zwischenabbildungslinsen 29 und 30. Mit f1 und f2 wer­ den Brennweiten der ersten und zweiten Zwischenabbildungslinse 29 bzw. 30 be­ zeichnet. Die erste Zwischenabbildungslinse 29 ist so angeordnet, daß die Positi­ on eines ihr zugeordneten vorderen Brennpunktes im wesentlichen mit der Lage eines mittleren Abschnittes einer reflektierenden Oberfläche des Galvanospiegels 26 übereinstimmt. Die zweite Zwischenabbildungslinse 30 ist so angeordnet, daß die Position eines ihr zugeordneten vorderen Brennpunktes im wesentlichen mit der eines hinteren Brennpunktes der ersten Zwischenabbildungslinse 29 über­ einstimmt. Die Lage eines hinteren Brennpunktes der zweiten Zwischenabbil­ dungslinse 30 stimmt mit der eines vorderen Hauptpunktes S1 der Objektivlinse 10 überein.
Die Zwischenabbildungslinse 29 hat einen vorderen Hauptpunkt S3 und einen hinteren Hauptpunkt S4. Die Zwischenabbildungslinse 30 hat einen vorderen Hauptpunkt S5 und einen hinteren Hauptpunkt S6. Im ersten Ausführungsbeispiel sind die erste und die zweite Zwischenabbildungslinse 29 und 30 vom selben Typ und haben dieselbe Brennweite (d. h., f1 = f2). Es können auch Linsen mit unter­ schiedlichen Brennweiten verwendet werden. Derartige optische Systeme werden unten als weitere Ausführungsbeispiele beschrieben.
Fig. 6 zeigt einen parallelen Laserstrahl P, der von der Beleuchtungseinheit 7 ausgestrahlt wird, auf den Galvanospiegel fällt und von diesem in Richtung der ersten Zwischenabbildungslinse 29 reflektiert wird. In einer Normalposition des Galvanospiegels 26, bei der der Einfallswinkel des Laserstrahls P 45 Grad ist, folgt der Laserstrahl P1 einem in Fig. 6 mit durchgezogenen Linien gekenn­ zeichneten Strahlengang. Ist der Galvanospiegel 26 um einen Winkel Θ aus seiner Normalposition ausgelenkt, folgt der Laserstrahl P2 einem durch gestrichelte Lini­ en gekennzeichneten Strahlengang.
Wenn der Galvanospiegel 26 in der Normalposition ist, schneidet der mittlere Be­ reich des Strahlquerschnittes des Laserstrahls P1, in dem die örtliche Verteilung der Lichtintensität einen Maximalwert hat, den Hauptpunkt S5 der ersten Zwi­ schenabbildungslinse 29. In diesem Fall ist der Strahlengang des Laserstrahls P1 parallel zu einer optischen Achse O3 der ersten Zwischenabbildungslinse 29. Der zunächst parallele Laserstrahl P1 wird von der ersten Zwischenabbildungslinse 29 in einem Punkt E1 gebündelt, dessen Lage mit der des Brennpunktes der ersten Zwischenabbildungslinse 29 übereinstimmt. Anschließend trifft er als divergenter Strahl auf die zweite Zwischenabbildungslinse 30. Die Lage des Punktes E1 stimmt auch mit der des vorderen Brennpunktes der zweiten Zwischenabbildungs­ linse 30 überein. Daher tritt der divergente Strahl, der auf die zweite Zwischen­ abbildungslinse 30 trifft, aus dieser als paralleler Laserstrahl hervor. Wie in Fig. 1 dargestellt wird der parallele Laserstrahl, der aus der zweiten Zwischenabbil­ dungslinse 30 hervortritt, über den Spiegel 31 zur Objektivlinse 10 gelenkt.
Die Objektivlinse 10 hat einen vorderen Hauptpunkt S1 und einen hinteren Haupt­ punkt S2. Sie bündelt den einfallenden parallelen Lichtstrahl in einem Lichtfleck auf einer datenspeichernden Oberfläche 2b der optischen Speicherplatte 2. Der Abstand L zwischen der Drehachse O1 des Galvanospiegels 26 und dem vorde­ ren Hauptpunkt S1 der Objektivlinse 26 ist fest.
Wenn der Galvanospiegel 26 um einen vorbestimmten Winkel Θ aus seiner Nor­ malposition ausgelenkt ist, stimmt die Lage des mittleren Bereiches des Strahl­ querschnittes des Laserstrahls P2, in welchem die örtliche Intensitätsverteilung einen Maximalwert annimmt, nicht mit der des Hauptpunktes S3 der ersten Zwi­ schenabbildungslinse 29 überein. In diesem Fall verläuft der parallele Laserstrahl P2 geneigt zur optischen Achse O3 der ersten Zwischenabbildungslinse 29. Der Laserstrahl P2 wird von der ersten Zwischenabbildungslinse 29 in einem Punkt E2 gebündelt und trifft als divergenter Strahl auf die zweite Zwischenabbildungslinse 30. Aus dieser tritt er als paralleler Strahl hervor, weil die erste Zwischenabbil­ dungslinse 29 und die zweite Zwischenabbildungslinse 30 so angeordnet sind, daß die Lage des Brennpunktes der ersten Zwischenabbildungslinse 29 und des vorderen Brennpunktes der zweiten Zwischenabbildungslinse 30 übereinstimmen. Anschließend trifft der Laserstrahl auf die vordere Hauptebene S'1 der Objektiv­ linse 10, wobei der mittlere Bereich des Strahlquerschnittes des Laserstrahls, in dem die örtliche Intensitätsverteilung des Lichtes den Maximalwert annimmt, den vorderen Hauptpunkt S1 der Objektivlinse 10 schneidet.
Unabhängig vom Drehwinkel des Galvanospiegels 26 schneidet der mittlere Be­ reich des Strahlquerschnitts des parallelen Laserstrahls, in dem die örtliche In­ tensitätsverteilung des Laserstrahls maximal ist, immer den vorderen Hauptpunkt S1 der Objektivlinse 10. Mit dem Drehwinkel Θ des Galvanospiegels 26 ändert sich nur der Einfallswinkel des Laserstrahls an der Objektivlinse 10. Daher kann ohne Verringerung der Kopplungseffizienz zwischen der Beleuchtungseinheit 7 und der Objektivlinse 10 und ohne Verschiebung der örtlichen Verteilung der Lichtintensität gegenüber der Lage des Hauptpunktes S1 ein Lichtfleck auf der datenspeichernden Oberfläche 2b der optischen Speicherplatte 2 gebildet wer­ den. Auf diese Weise kann die Feineinstellung der Spur mit großer Genauigkeit vorgenommen werden.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
Fig. 7 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ein optisches System 1002.
Das zweite Ausführungsbeispiel ist dem ersten ähnlich. Es werden lediglich eine erste Zwischenabbildungslinse 29C und eine zweite Zwischenabbildungslinse 30C verwendet, die unterschiedliche Brennweiten haben.
Die Brennweiten f1 und f2 der ersten und zweiten Zwischenabbildungslinse 29C und 30C erfüllen die Beziehung f1 < f2 < 0.
Wie oben dargestellt ist der Abstand zwischen der Hauptebene S5 der ersten Zwischenabbildungslinse 29C und der Drehachse O1 des Galvanospiegels gleich der Brennweite f1 der ersten Zwischenabbildungslinse 29C. Der Abstand zwi­ schen einem hinteren Hauptpunkt S6 der ersten Zwischenabbildungslinse 29C, der auf ihrer der Objektivlinse 10 zugewandten Seite liegt, und einem vorderen Hauptpunkt S3 der zweiten Zwischenabbildungslinse 30C, der auf ihrer dem Gal­ vanospiegel 26 zugewandten Seite liegt, ist f1 + f2. Weiterhin ist der Abstand zwi­ schen einem hinteren Hauptpunkt S4 der zweiten Zwischenabbildungslinse 30C, der auf ihrer der Objektivlinse 10 zugewandten Seite liegt, und dem vorderen Hauptpunkt S1 der Objektivlinse 10 ist der Brennweite f2 der zweiten Zwischen­ abbildungslinse 30C gleich. Mit anderen Worten, die Umgebung der Drehachse O1 des Galvanospiegels 26 und der Hauptpunkt S1 der Objektivlinse 10 sind im wesentlichen konjugiert.
Die Beziehung zwischen dem Drehwinkel Θ1 des Galvanospiegels 26 bezüglich seiner Normalposition und dem Winkel Θ2 des am Galvanospiegel 26 reflektierten parallelen Strahls P2 bezüglich der optischen Achse O3 wird durch die Gleichung Θ2 = Θ1 × 2 definiert, wobei die Drehrichtungen des Galvanospiegels 26 und des parallelen Strahls P2 identisch sind. Die Beziehung zwischen dem Einfallswinkel Θ 3 des Strahls P2 bezüglich der Hauptebene S'1 der Objektivlinse 10 und dem Winkel Θ2 wird durch die Gleichung Θ3 = Θ2 × f1/f2 definiert. Aus f1 < f2 < 0 folgt (f1/f2) < 1. Daher gilt Θ3 < Θ2 und Θ3 = 2 × Θ1 x f1/f2, wobei die Winkel Θ2 und Θ3 in entgegengesetzter Richtung gezählt werden. Bei diesem zweiten Ausführungs­ beispiel ist die Beziehung zwischen einem Durchmesser W1 des auf die erste Zwischenabbildungslinse 29C einfallenden Strahls und einem Durchmesser W2 des aus der zweiten Zwischenabbildungslinse 30C hervortretenden Strahls durch die Gleichung W2 = W1 × f2/f1 definiert. Aus f1 < f2 < 0 folgt f2/f1 < 1, und daher gilt W2 < W1.
Bei Verwendung des oben beschriebenen optischen Systems 1002 wird also eine Verringerung der Kopplungseffizienz zwischen der Beleuchtungseinheit 7 der Objektivlinse 10 vermieden, indem das Zwischenabbildungssystem mit der ersten und der zweiten Zwischenabbildungslinse 29C und 30C zwischen dem Galva­ nospiegel 26 und der Objektivlinse 10 angeordnet wird.
Weiterhin kann im zweiten Ausführungsbeispiel der Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die vordere Hauptebene der Objektivlinse 10 (Eintrittspupille) um einen im Vergleich zum Auslenkungswinkel des Galvanospiegels 26 großen Betrag verän­ dert werden, weil die Brennweite f1 der ersten Zwischenabbildungslinse 29C grö­ ßer ist als die Brennweite f2 der zweiten Zwischenabbildungslinse 30C. Das heißt, daß der Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Hauptebene der Objektivlinse 10 um einen großen Betrag verändert werden kann, selbst wenn der Drehwinkel des Galvanospiegels 26 verhältnismäßig klein ist.
Schließlich kann der Schreib- und Lesekopf 6, dessen Bestandteil die Objekti­ vlinse 10 ist, kompakt und mit geringem Gewicht ausgeführt werden, weil der Strahldurchmesser des auf die Objektivlinse 10 einfallenden Lichtstrahls vergli­ chen mit dem des auf die Zwischenabbildungslinse 29C einfallenden Lichtstrahls verkleinert werden kann. Entsprechend kann der Dreharm 3 auch mit geringem Gewicht ausgeführt werden, und sein Trägheitsmoment kann verkleinert werden.
[Drittes Ausführungsbeispiel]
Fig. 8 zeigt als drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung ein optisches System 1003.
Das optische System 1003 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist dem opti­ schen System 1002 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ähnlich. Lediglich ist eine Brennweite f1 einer ersten Zwischenabbildungslinse 29D kleiner als eine Brennweite f2 einer zweiten Zwischenabbildungslinse 30D.
In diesem Fall ist die Beziehung zwischen dem Einfallswinkel Θ3 des Strahls be­ züglich der Hauptebene S1 der Objektivlinse 10 und dem Winkel Θ2 durch die Gleichung Θ3 = Θ2 × f1/f2 definiert. Aus der Beziehung f2 < f1 < 0 folgt 0 < (f1/f2) < 1. Daher gilt Θ2 < Θ3 und Θ3 = 2 × Θ1 x f1/f2, wobei die Winkel Θ2 und Θ3 in ge­ gensätzlicher Richtung gezählt werden. In diesem dritten Ausführungsbeispiel wird die Beziehung zwischen einem Durchmesser W1 des auf die erste Zwi­ schenabbildungslinse 29D einfallenden Strahls und einem Durchmesser W2 des aus der zweiten Zwischenabbildungslinse 30D hervortretenden Strahls durch die Gleichung W2 = W1 × f2/f1 definiert. Aus f2 < f1 < 0 folgt f2/f1 < 1, und entspre­ chend gilt W2 < W1.
Durch die Anordnung des optischen Systems 1003 gemäß dem dritten Ausfüh­ rungsbeispiel kann der Durchmesser des auf das Zwischenabbildungssystem 1003 einfallenden Strahls verglichen mit dem Durchmesser des auf die Objekti­ vlinse 10 einfallenden Strahls verkleinert werden. Dadurch kann das optische Sy­ stem auf seiner Einfalls-Seite mit geringem Gewicht und verkleinerten Ausmaßen ausgeführt werden. Da der Durchmesser des auf den Galvanospiegel 26 einfal­ lenden Strahls verglichen mit dem Durchmesser des auf die Objektivlinse 10 ein­ fallenden Strahls klein ist, kann die wirksame Fläche (d. h., ein Abschnitt der re­ flektierenden Oberfläche) des Galvanospiegels 26 klein ausgeführt werden. Da­ durch kann die Wirkung der Antriebskraft auf den Galvanospiegel 26 verbessert werden.
[Viertes Ausführungsbeispiel]
Fig. 9 zeigt ein optisches System 1004 gemäß einem vierten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung. Das optische System 1004 ist eine Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels in welcher das Zwischenabbildungssystem so ausgebildet ist, daß eine chromatische Aberration der Objektivlinse 10 kompensiert wird.
Im optischen System 1001 mit den in Fig. 6 dargestellten Zwischenabbildungs­ linsen haben die erste und die zweite Zwischenabbildungslinse 29 und 30 diesel­ be Brennweite von beispielsweise f1 = f2 = 15 mm und sind aus dem Glas LaF81 hergestellt. Die Objektivlinse 10 hat dagegen eine Brennweite f = 1,23 mm und ist aus dem Glas NbFD82 hergestellt.
Im allgemeinen kann die Wellenlänge des von der Laserdiode 18 ausgesandten Laserstrahls P zwischen Zeitpunkten des Lesens und Schreibens von Daten um 2 bis 3 Nanometer (nm) variieren, wodurch sich die Brennweite der Objektivlinse um 0,24 Mikrometer (µm) bis 0,36 µm verändert.
Wenn sich beispielsweise die Wellenlänge des von der Laserdiode 18 ausgesand­ ten Laserstrahls P um 1 nm verändert, ändert sich die Brennweite der Objektiv­ linse 10 um annähernd 0,10 µm. Das bedeutet, daß eine chromatische Aberration von 0,10 µm/nm auftritt.
Wenn ein Abstand L' zwischen der datenspeichernden Oberfläche 2b und der Objektivlinse 10 kleiner oder gleich 1 µm, ist der Laserstrahl aufgrund der nicht vernachlässigbaren chromatischen Aberration der Objektivlinse 10 nicht auf der datenspeichernden Oberfläche 2b fokussiert.
Zur Kompensation der durch die Schwankung der Wellenlänge auftretenden chromatischen Aberration werden im vierten Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 9 dargestellt, eine erste und eine zweite Zwischenabbildungslinse 29M und 30M verwendet, die jeweils als verkittete Linse mit zwei aneinander haftenden Linsen 29A und 29B, bzw. 30A und 30B, ausgebildet sind.
Im optischen System 1004, das in Fig. 9 dargestellt wird, hat die erste Zwi­ schenabbildungslinse 29M folgenden Aufbau:
das in der Linse 29A verwendete Glas ist PSKO2;
das in der Linse 29B verwendete Glas ist SF7;
die Brennweite der gesamten Zwischenabbildungslinse 29M ist 15 mm;
R1 = -16,5 mm;
R2 = -0,95 mm;
R3 = -5,5 mm;
d1 = 2,0 mm; und
d2 = 1,0 mm,
wobei R1 der Krümmungsradius der dem Galvanospiegel 26 zugewandten Ober­ fläche der Linse 29A ist, R2 der Krümmungsradius aneinander haftender Oberflä­ chen der Linsen 29A und 29B, R3 der Krümmungsradius der der Objektivlinse 10 zugewandten Oberfläche der Linse 29B, d1 die Dicke der Linse 29A längs ihrer optischen Achse und d2 die Dicke der Linse 29B längs ihrer optischen Achse. Die so ausgebildete Zwischenabbildungslinse 29M ist geeignet, die chromatische Aberration der Objektivlinse bis auf einen Restwert von 0,02 µm/nm zu kompen­ sieren. Eine der Zwischenabbildungslinse 29M baugleiche Linse wird als zweite Zwischenabbildungslinse 30M verwendet. Es ist möglich, nur eine der beiden Zwi­ schenabbildungslinsen 29M und 30M für die Kompensation der chromatischen Aberration der Objektivlinse 10 auszubilden.
[Fünftes Ausführungsbeispiel]
Fig. 10 zeigt ein optisches System 1005 gemäß einem fünften Ausführungsbei­ spiel der Erfindung. Im fünften Ausführungsbeispiel ist eine Einzellinse als Zwi­ schenabbildungssystem zwischen dem Galvanospiegel 26 und der Objektivlinse 10 angeordnet. Das optische System 1005 hat eine Zwischenabbildungslinse 40, die zwischen der Drehachse O1 des Galvanospiegels 26 und der Objektivlinse 10 angeordnet ist.
Die Zwischenabbildungslinse 40 ist so angeordnet, daß ein mittlerer Bereich der reflektierenden Oberfläche des Galvanospiegels 26 und der vordere Hauptpunkt S1 im wesentlichen zueinander konjugiert sind. Die Zwischenabbildungslinse 40 bildet den mittleren Bereich der reflektierenden Oberfläche des Galvanospiegels 26 auf die vordere Hauptebene S'1 ab, in welcher der vordere Hauptpunkt S1 der Objektivlinse 10 liegt. Der von der Beleuchtungseinheit 7 ausgesandte und vom Galvanospiegel 26 reflektierte parallele Laserstrahl P wird von der Zwischenabbil­ dungslinse 40 einmal gebündelt und dann vom Spiegel 31 in Richtung der Objek­ tivlinse 10 als divergenter Strahl reflektiert. Die Objektivlinse 10 bündelt den auf sie einfallenden Strahl auf der datenspeichernden Oberfläche 2b, als fiele er auf die hintere Hauptebene S'2 der Objektivlinse 10 ein. Das Vergrößerungsverhältnis der Zwischenabbildungslinse 40 ist annähernd gleich 1.
In Fig. 10 kennzeichnen durchgezogen gezeichnete Linien P1 den Strahlengang, dem der Laserstrahl folgt, wenn der Galvanospiegel 26 in der Normalposition ist. Gestrichelt gezeichnete Linien P2 kennzeichnen den bezüglich der optischen Achse O3 der Zwischenabbildungslinse 40 geneigten Strahlengang, dem der pa­ rallele Laserstrahl P folgt, wenn der Galvanospiegel 26 aus der Normalposition ausgelenkt ist.
Die Drehachse O1 des Galvanospiegels 26 liegt annähernd auf der reflektieren­ den Oberfläche des Galvanospiegels 26 und im mittleren Abschnitt der reflektie­ renden Oberfläche, auf die der Laserstrahl P trifft. Der Abschnitt des Galva­ nospiegels 26, auf den der Laserstrahl P trifft, und der vordere Hauptpunkt S1 der Objektivlinse 10 sind, wie oben dargestellt, annähernd zueinander konjugiert. Da­ her ist im fünften Ausführungsbeispiel die seitliche Verschiebung des Maximums der räumlichen Intensitätsverteilung des Strahlquerschnitts in der hinteren Haupt­ ebene S'1 der Objektivlinse 10 annähernd gleich Null.
Der von der datenspeichernden Oberfläche 2b reflektierte Strahl wird von der Objektivlinse 10 gebündelt, vom Spiegel 31 in Richtung des Galvanospiegels 26 reflektiert und von diesem in Richtung der zusammengesetzten Prismenanord­ nung 21 umgelenkt.
Im optischen System 1005 ist die Brennweite der Zwischenabbildungslinse 40 15 mm. Das verwendete Glas ist LaF81. Die Brennweite der Objektivlinse 10 ist 1,23 mm. Das für die Objektivlinse 10 verwendete Glas ist NbFD82.
[Sechstes Ausführungsbeispiel]
Fig. 11 zeigt ein optisches System 1006 gemäß einem sechsten Ausführungs­ beispiel der Erfindung. Das sechste Ausführungsbeispiel ist dem fünften Ausfüh­ rungsbeispiel bis auf die Verwendung einer Zwischenabbildungslinse 40M anstelle der Zwischenabbildungslinse 40 ähnlich.
Wenn die Wellenlänge des Laserstrahls P, der von der Laserdiode 18 ausgesandt wird, sich um 1 nm ändert, verändert sich die Brennweite der Objektivlinse 10 um 0,12 µm. Das bedeutet, daß eine chromatische Aberration von 0,12 µm/nm auf­ tritt.
Zur Kompensation der chromatischen Aberration aufgrund der Veränderung der Wellenlänge wird im sechsten Ausführungsbeispiel die Zwischenabbildungslinse 40M als verkittete Linse mit zwei aneinander haftenden Linsen 40A und 40B aus­ gebildet.
Die Zwischenabbildungslinse 40M des optischen Systems 1006 ist folgenderma­ ßen aufgebaut:
für die Linse 40A wird das Glas PSKO2 verwendet;
für die Linse 40B wird das Glas SF7 verwendet;
die Brennweite des Linsenpaares 40M ist 15 mm;
R1 = -16,2 mm;
R2 = -0,89 mm;
R3 = -5,6 mm;
d1 = 2,0 mm; und
d2 = 1,0 mm,
wobei R1 der Krümmungsradius der dem Galvanospiegel 26 zugewandten Ober­ fläche der Linse 40A ist, R2 der Krümmungsradius der aneinander haftenden Oberflächen der Linsen 40A und 40B, R3 der Krümmungsradius der der Objektiv­ linse zugewandten Oberfläche der Linse 40B, d1 die Dicke der Linse 40A längs ihrer optischen Achse und d2 die Dicke der Linse 40B längs ihrer optischen Achse. Die so aufgebaute Zwischenabbildungslinse 40M kompensiert die chro­ matische Aberration der Objektivlinse 10 bis auf 0,06 um/nm.
Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel schneidet der mittlere Bereich der ört­ lichen Intensitätsverteilung des Querschnitts des Laserstrahls den vorderen Hauptpunkt der Objektivlinse 10, selbst wenn der Galvanospiegel 26 gedreht wird. Daher wird die Kopplungseffizienz nicht verringert, selbst wenn der Abstand zwi­ schen dem Galvanospiegel 26 und der Objektivlinse 10 relativ groß gemacht wird. Schließlich kann gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel die chromatische Aberration der Objektivlinse 10 kompensiert werden.
[Siebtes Ausführungsbeispiel]
Fig. 12 zeigt ein optisches System 1007 gemäß einem fünften Ausführungsbei­ spiel der Erfindung.
Der parallele Laserstrahl P, der von der Beleuchtungseinheit 7 ausgesandt wird, trifft, wie in Fig. 12 dargestellt, auf den Galvanospiegel 26 und wird über ein Zwi­ schenabbildungssystem 60 zur Objektivlinse 10 gelenkt.
Die Objektivlinse 10 hat eine vordere Hauptebene S'1 und eine hintere Haupt­ ebene S'2. Sie bündelt den Strahl, der vom Galvanospiegel 26 reflektiert wird und durch das Zwischenabbildungssystem 60 tritt, auf der datenspeichernden Oberflä­ che 2b der optischen Speicherplatte 2 in Form eines Lichtpunktes. Der Abstand L zwischen der vorderen Hauptebene S'1 der Objektivlinse 10 und der Drehachse O1 des Galvanospiegels ist fest.
Das Zwischenabbildungssystem 60 ist zwischen der Rotationsachse O1 des Gal­ vanospiegels 26 und der Objektivlinse 10 auf dem Dreharm 3 so angeordnet, daß die Umgebung der reflektierenden Oberfläche des Galvanospiegels 26 und die vordere Hauptebene S'1 der Objektivlinse 10 zueinander konjugiert sind.
Das Zwischenabbildungssystem 60 bildet den mittleren Bereich der reflektieren­ den Oberfläche des Galvanospiegels 26 (d. h., die örtliche Intensitätsverteilung des Laserstrahls auf dem Galvanospiegel 26) auf die vordere Hauptebene S'1 der Objektivlinse 10 ab. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Vergrößerungsver­ hältnis der Abbildung durch das Zwischenabbildungssystem 60 annähernd gleich Eins.
Die örtliche Intensitätsverteilung in der vorderen Hauptebene S'1 (d. h., in der Ebene der Eintrittspupille) der Objektivlinse 10 ist auch dann praktisch unverän­ dert, wenn der Galvanospiegel 26 gedreht wird, weil die örtliche Intensitätsvertei­ lung auf der reflektierenden Oberfläche des Galvanospiegels 26 mit dem Vergrö­ ßerungsverhältnis von Eins auf die vordere Hauptebene S'1 der Objektivlinse 10 abgebildet wird. Auf diese Weise bleibt die örtliche Intensitätsverteilung und die Ausdehnung des Lichtpunktes auf der datenspeichernden Oberfläche 2b des Speicherplatte 2 bei einer Drehung des Galvanospiegels 26 nahezu unverändert. Daher kann die Feineinstellung der Spur mit dem Galvanospiegel 26 unter diesen Bedingungen genau ausgeführt werden.
Im optischen System 1007 des siebten Ausführungsbeispiels ist das Zwischen­ abbildungssystem 60 eine Kombination einer Sammellinse 60A und einer Zer­ streuungslinse 60B. Die Sammellinse 60A hat eine starke Brechkraft und ist auf der dem Galvanospiegel 26 zugewandten Seite angeordnet. Die Zerstreuungs­ linse 60B ist in einem Abschnitt des Strahlengangs angeordnet, in dem der aus der Sammellinse 60A austretende Strahl konvergent ist. Durch die Verwendung des Zwischenabbildungssystems 60 kann die Länge des Dreharms 3 verkürzt werden, weil die Länge des optischen Systems 1007 kürzer ist als die eines opti­ schen Systems mit einer einzelnen Sammellinse derselben Brennweite.
Im folgenden wird die in Fig. 13 dargestellte Kombination der Sammellinse und der Zerstreuungslinse näher beschrieben.
Fig. 13 zeigt eine sogenannte teleobjektiv-artige Kombination einer Sammellinse LP, deren Brennweite mit Fp bezeichnet ist, und eine Zerstreuungslinse LN, deren Brennweite mit Fm bezeichnet ist. Ein achsenparalleler Strahl trifft von der der rechten Seite her auf die Sammellinse LP. Die effektive Brennweite f, des gesam­ ten Linsensystems hat einen positiven Wert, wenn ein Abstand b zwischen den Linsen kleiner ist als eine der Brennweiten Fp und Fm der Sammellinse und der Zerstreuungslinse, und gleichzeitig Fp kleiner ist als Fm. Folglich hat das Linsen­ system eine sammelnde Wirkung. Bei dieser Linsenkombination liegt die hintere Hauptebene PP auf der rechten Seite der Sammellinse LP. Daher wird die Ge­ samtlänge des Linsensystems kürzer als seine Brennweite. Durch die Kombina­ tion der Sammellinse LP und der Zerstreuungslinse LN in Form eines teleobjektiv­ artigen Systems, wie es in Fig. 13 dargestellt ist, kann bei gleichbleibender Brennweite des gesamten Linsensystems seine Länge verkürzt werden.
[Achtes Ausführungsbeispiel]
Fig. 14 zeigt ein optisches System 1008 gemäß einem achten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung.
Das optische System 1008 hat ein erstes Zwischenabbildungssystem 61M und ein zweites Zwischenabbildungssystem 62M anstelle der ersten Zwischenabbildungs­ linse 29 und der zweiten Zwischenabbildungslinse 30 im ersten Ausführungsbei­ spiel. Das erste und das zweite Zwischenabbildungssystem 61M und 62M sind teleobjektiv-artig mit jeweils einer Sammellinse und einer Zerstreuungslinse. Ähn­ lich wie im ersten Ausführungsbeispiel bleibt die Konjugation zwischen der Umge­ bung des mittleren Bereiches der reflektierenden Oberfläche des Galvanospiegels 26 und dem vorderen Hauptpunkt der Objektivlinse 10 erhalten. Durch die Ver­ wendung der teleobjektiv-artigen Linsenkombination in beiden Zwischenabbil­ dungssystemen 61M und 62M ist die Länge des optischen Systems 1008, d. h., ein Abstand zwischen der Objektivlinse 10 und dem Galvanospiegel 26, beson­ ders kurz. Entsprechend kann die Länge des Dreharms 3 gekürzt werden.
Obwohl beide Zwischenabbildungssysteme 61M und 62M Kombinationen einer Sammellinse und einer Zerstreuungslinse sind, kann auch nur eines der beiden Zwischenabbildungssysteme 61M und 62M als Linsenkombination aufgebaut sein, während das andere wie im ersten Ausführungsbeispiel als Einzellinse ausgeführt ist. Sogar in diesem Fall kann die Länge des optischen Systems 1008 gegenüber einem System mit zwei einzelnen Sammellinsen verkürzt werden.
[Neuntes Ausführungsbeispiel]
In den Fig. 15 bis 18 ist ein optisches System 1009 gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Ist die Drehachse des Galvanospiegels 26 im Laufwerk 1 geneigt, kann sich der Lichtpunkt auf der optischen Speicherplatte 2 sowohl in einer Richtung tangential zu einer Spur als auch in einer Richtung senkrecht zu einer Spur verschieben, wenn der Galvanospiegel 26 gedreht wird. In einem solchen Fall haben die Aus­ gangssignale des Datensensors 24 und des Spursensors 25 einen Anteil mit Schwankungen. Dies führt zu einer Verschlechterung der Ausgangssignale des Datensensors 24 und des Spursensors 25.
Das optische System 1009 ist so aufgebaut, daß dieses Problem nicht auftritt.
Fig. 15 zeigt die Umgebung des Galvanospiegels 26, gesehen aus einer zur Drehachse O1 des Galvanospiegels 26 parallelen Richtung. Fig. 16 ist eine längs der Linie A-A in Fig. 15 geschnittene Ansicht der Umgebung des Galva­ nospiegels 26.
Im optischen System 1009 ist eine Zylinderlinse 50 zwischen der Beleuchtungs­ einheit 7 und dem Galvanospiegel 26 angeordnet. Die Zylinderlinse 50 bündelt das von der Beleuchtungseinheit 7 ausgesandte Licht nur in einer zur Drehachse O1 des Galvanospiegels 26 parallelen Richtung. Der im Querschnitt gesehen an­ nähernd kreisförmige Lichtstrahl der von der Beleuchtungseinheit 7 ausgesandt wird, wird auf der reflektierenden Oberfläche des Galvanospiegels 26 im Quer­ schnitt gesehen in Form eines Striches gebündelt, der sich senkrecht zur Dreh­ achse des Galvanospiegels 26 erstreckt. Mindestens eine Oberfläche der Zwi­ schenabbildungslinsen 29E und 30E hat anamorphe Form (einem Torus ähnlich), so daß der strichförmige Querschnitt des Lichtstrahls auf der reflektierenden Oberfläche des Galvanospiegels 26 in einen kreisförmigen Querschnitt verwandelt wird. Vorzugsweise wird die torusförmige Oberfläche so ausgebildet, daß sie gleichzeitig verschiedene Arten von Abbildungsfehlern kompensiert, bevor der La­ serstrahl auf die Objektivlinse 10 fällt.
Beispielsweise kann die erste Zwischenabbildungslinse 29 des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels durch eine Torus-Linse 29E ersetzt werden, deren Brechkraft in ei­ ner zur Drehachse O1 des Galvanospiegels 26 parallelen Richtung sich von der Brechkraft in einer zur Drehachse O1 des Galvanospiegels 26 senkrechten Rich­ tung unterscheidet. In diesem in den Fig. 17 und 18 dargestellten Fall ist die zweite Zwischenabbildungslinse 30E des neunten Ausführungsbeispiels vom glei­ chen Typ wie die zweite Zwischenabbildungslinse 30 des ersten Ausführungsbei­ spiels. Durch diese Konfiguration wird der Laserstrahl auf der reflektierenden Oberfläche des Galvanospiegels 26 nur in einer zur Drehachse O1 des Galva­ nospiegels 26 parallelen Richtung gebündelt und wird in einen im Querschnitt ge­ sehen kreisförmigen Strahl verwandelt, bevor er auf die Objektivlinse 10 trifft. Auf diese Weise wird der Querschnitt des auf die Objektivlinse 10 treffenden Laser­ strahls unabhängig von der Neigung der Drehachse O1 des Galvanospiegels 26 kreisförmig gemacht.
Fig. 17 zeigt die Anordnung der Linsen, wie sie in einer zur Drehachse O1 des Galvanospiegels 26 senkrechten Ebene gesehen wird. Fig. 18 zeigt die Anord­ nung der Linsen, wie sie in einer die Drehachse O1 des Galvanospiegels 26 ent­ haltenden Ebene gesehen wird. Zur Vereinfachung der Zeichnung ist der Galva­ nospiegel 26 in den Fig. 17 und 18 durch einen Strich dargestellt, und am Galvanospiegel 26 werden Einfalls- und Ausfallsstrahl so gezeichnet, als lägen sie in derselben Ebene.
In Fig. 17 wird mit fr1 die Brennweite der ersten Zwischenabbildungslinse 29E und mit fi die Brennweite der zweiten Zwischenabbildungslinse 30E bezeichnet. Der Abstand zwischen dem Galvanospiegel 26 und der ersten Zwischenabbil­ dungslinse 29E beträgt fr1. Der Abstand zwischen der ersten Zwischenabbil­ dungslinse 29E und der zweiten Zwischenabbildungslinse 30E beträgt fr1+fi. Der Abstand zwischen der zweiten Zwischenabbildungslinse 30E und der Objekti­ vlinse 10 beträgt fi. Die Lage der reflektierenden Oberfläche des Galvanospiegels 26 ist mit der des vorderen Brennpunktes der ersten Zwischenabbildungslinse 29E identisch, und die Lage des hinteren Brennpunktes der ersten Zwischenab­ bildungslinse 29E stimmt mit der des vorderen Brennpunktes der zweiten Zwi­ schenabbildungslinse 30E überein. Weiterhin liegt der hintere Brennpunkt der zweiten Zwischenabbildungslinse 30E in der vorderen Hauptebene S'1 der Objek­ tivlinse 10. Mit anderen Worten, der mittlere Bereich der reflektierenden Oberflä­ che des Galvanospiegels 26 und der Hauptpunkt S1 der Objektivlinse 10 sind an­ nähernd zueinander konjugiert.
Die Brennweite fr2 der ersten Zwischenabbildungslinse 29E in der Ebene, die die Drehachse des Galvanospiegels 26 enthält, unterscheidet sich von der Brenn­ weite dieser Linse in einer zur Drehachse 01 des Galvanospiegels 26 senkrech­ ten Richtung. Der durch die Linse 50 auf der reflektierenden Oberfläche des Gal­ vanospiegels 26 gebündelte Lichtstrahl wird ein weiteres Mal in einer Ebene ge­ bündelt, die sich im Abstand fr1 von der ersten Zwischenabbildungslinse 29E auf ihrer der zweiten Zwischenabbildungslinse 30E zugewandten Seite befindet (d. h., fr2 = fr1× 1/2). In der Ebene, die die Drehachse O1 des Galvanospiegels 26 ent­ hält, liegt der hintere Brennpunkt der Linse 50 also auf der reflektierenden Ober­ fläche des Galvanospiegels 26, und der auf der reflektierenden Oberfläche des Galvanospiegels 26 gebildete Lichtstrich wird durch die erste Zwischenabbil­ dungslinse 29E im Abstand fr1 auf ihrer der zweiten Zwischenabbildungslinse 30E zugewandten Seite gebündelt.
Die Brennweite der zweiten Zwischenabbildungslinse 30E in Fig. 18 ist fi. Daher wird der von der ersten Zwischenabbildungslinse 29E gebündelte Lichtstrahl durch die zweite Zwischenabbildungslinse 30E in einen parallelen Strahl verwan­ delt, der auf die Objektivlinse 10 fällt.
Durch die Wirkung der oben dargestellten Anordnung wird der Querschnitt des auf die Objektivlinse 10 auftreffenden Lichtstrahls von der Neigung der Drehachse O1 der reflektierenden Oberfläche des Galvanospiegels 26 nicht beeinflußt. Weiterhin sind, in der Ebene der Fig. 18 gesehen, eine Umgebung der Oberfläche des Galvanospiegels 26 und die datenspeichernde Oberfläche der Speicherplatte 2 zueinander konjugiert. Daher bleibt die Lage des Lichtpunktes auf der Speicher­ platte 2 zumindest annähernd identisch, selbst wenn der Galvanospiegel 26 ge­ neigt wird.
Daher kann die Feineinstellung der Spur durch Drehung des Galvanospiegels 26 mit hoher Präzision bewerkstelligt werden. Die oben dargestellte Anordnung zur Kompensation der Neigung der Drehachse der reflektierenden Oberfläche des Galvanospiegels 26 kann auch in den anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden.
[Zehntes Ausführungsbeispiel]
Fig. 19 zeigt ein optisches System 1010 gemäß einem zehnten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung.
Im optischen System 1010 wird der Lichtstrahl, der vom Halbleiterlaser 18 ausge­ sandt wird, auf den Galvanospiegel 26 gelenkt ohne zuvor eine Kollimatorlinse zu durchlaufen. In Fig. 19 ist zur Vereinfachung der Zeichnung und der Beschrei­ bung die zusammengesetzte Prismenanordnung 21 nicht dargestellt.
Die Objektivlinse 10 hat einen vorderen Hauptpunkt S1 und einen hinteren Haupt­ punkt S2 und bündelt den auf sie treffenden parallelen Lichtstrahl auf der daten­ speichernden Oberfläche 2b der optischen Speicherplatte 2 in Form eines Licht­ punktes. Ein mit L bezeichneter Abstand zwischen der vorderen Hauptebene S1 der Objektivlinse 10 und dem Galvanospiegel 26 ist fest.
Die erste und die zweite Zwischenabbildungslinse 29F und 30F sind auf dem Dreharm 3 zwischen der Drehachse O1 des Galvanospiegels 26 und der Objek­ tivlinse 10 angeordnet. Die Brennweite der ersten Zwischenabbildungslinse 29F ist f1, und die Brennweite der zweiten Zwischenabbildungslinse 30F ist f2 (f1 < 0, f2 < 0). Der Abstand zwischen der dem Galvanospiegel 26 zugewandten Haupt­ ebene S5 der ersten Zwischenabbildungslinse 29F und der Drehachse O1 des Galvanospiegels 26 ist mit f1 gekennzeichnet. Mit f2 ist der Abstand zwischen dem der Objektivlinse 10 zugewandten Hauptpunkt S4 der zweiten Zwischenab­ bildungslinse 30F und dem vorderen Hauptpunkt S1 der Objektivlinse 10 gekenn­ zeichnet. Die Lage des Punktes, in dem der vom Halbleiterlaser 18 ausgesandte Laserstrahl durch die erste Zwischenabbildungslinse 29F gebündelt wird, stimmt mit der des Brennpunktes der zweiten Zwischenabbildungslinse 30F überein, der dem Galvanospiegel 26 zugewandt ist. Der Abstand zwischen dem hinteren Hauptpunkt S6 der ersten Zwischenabbildungslinse 29F und der oben erwähnten Lage des Punktes, in dem der Laserstrahl gebündelt wird, wird mit D2 bezeichnet. Durch diese Anordnung sind die reflektierende Oberfläche des Galvanospiegels 26 und der vordere Hauptpunkt S1 zueinander konjugiert.
Der Winkel Θ2 zwischen dem Lichtstrahl und der optischen Achse nach einer Dre­ hung des Galvanospiegels 26 um einen Winkel Θ1 ist durch die Gleichung Θ2 = 2 × Θ1 definiert, wobei die Drehrichtungen von 01 und 02 identisch sind. Der Einfalls- Winkel Θ3 des Lichtstrahls, der auf die Objektivlinse 10 trifft, ist durch die Glei­ chung Θ3 = Θ2 × f1/f2 definiert. Θ3 und Θ2 weisen in entgegengesetzte Richtungen.
Der Abstand zwischen der der Objektivlinse 10 zugewandten Hauptebene S6 der ersten Zwischenabbildungslinse 29F und der Hauptebene S3 der zweiten Zwi­ schenabbildungslinse 30F, die dem Galvanospiegel 26 zugewandt ist, beträgt f2 + D2, wobei D2 < f1 gilt. Weiterhin ist folgende Beziehung erfüllt, wobei die optische Weglänge zwischen dem Emissionspunkt der Laserdiode 18 und dem Galva­ nospiegel 26 mit N bezeichnet wird:
1/(-D2) - 1/(f1 + N) = -1/f1.
Wenn beispielsweise D2 = 1,5 × f1, folgt N = 2 × f1. Bezeichnet man mit D1 den Ausdruck (f1 + N), kann die obige Formel umgeformt werden und lautet dann:
1/D1 + 1/D2 = 1/f1.
Das in Fig. 19 dargestellte optische System 1010 erfüllt also folgende Gleichung:
1/f1 = 11D1 + 1/D2.
Weiterhin gilt
f1 < D1,
da D1 = f1 + N.
Der von der datenspeichernden Oberfläche 2b der optischen Speicherplatte 2 re­ flektierte Lichtstrahl wird von der Immersionslinse 11 und der Objektivlinse 10 ge­ brochen, anschließend vom Spiegel 31 in Richtung des Galvanospiegels 26 re­ flektiert und fällt auf die zusammengesetzte Prismenanordnung 21 (in Fig. 19 nicht dargestellt).
Der von der Laserdiode 18 ausgesandte Laserstrahl fällt auf den Galvanospiegel 26, ohne zuvor die Kollimatorlinse zu durchlaufen. Der auf den Galvanospiegel 26 einfallende Laserstrahl kann aber von einer anderen Linse konvergent gemacht werden. In einem solchen Fall ersetzt der Abstand des Konvergenzpunktes vom Galvanospiegel 26 den oben erwähnten Abstand N.
Das optische System 1010 des zehnten Ausführungsbeispiels erzielt eine im Querschnitt gesehen homogene Intensitätsverteilung des Laserstrahls auf der op­ tischen Speicherplatte 2 und eine hohe Kopplungseffizienz zwischen dem opti­ schen System und der Beleuchtungseinheit.

Claims (19)

1. Optisches System für ein Laufwerk (1) zum Lesen/Schreiben von Daten von/auf einer optischen Speicherplatte (2) mit einer Beleuchtungseinheit (7), welche einen Laserstrahl aussendet, einer Umlenkeinheit (26) mit einer drehbaren Spiegeloberfläche, auf die der Laserstrahl auftrifft und von der er umgelenkt wird, einem Objektiv-Linsensystem (10), das der optischen Spei­ cherplatte (2) zugewandt ist, und einem Zwischenabbildungssystem (29, 30), das zwischen der Umlenkeinheit (26) und dem Objektiv-Linsensystem (10) so angeordnet ist, daß die drehbare Spiegeloberfläche der Umlenkeinheit (26) und eine vordere Hauptebene (S2) des Objektiv-Linsensystems (10) zueinander konjugiert sind.
2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ leuchtungseinheit (7) mit einer Laserdiode (18), die einen divergenten La­ serstrahl mit einem elliptischen Strahlquerschnitt aussendet, einer Kolli­ matorlinse (20), die den von der Laserdiode (18) ausgesandten divergenten Laserstrahl in einen parallelen Strahl mit elliptischem Strahlquerschnitt wan­ delt, und einer Prismenanordnung (21) ausgestattet ist, die den parallelen Strahl mit elliptischem Strahlquerschnitt in einen parallelen Strahl mit kreis­ förmigem Strahlquerschnitt wandelt.
3. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenabbildungssystem eine Gruppe von Sammellinsen (29, 30) mit sammelnder Wirkung hat, durch die die drehbare Spiegeloberfläche der Umlenkeinheit (26) und die vordere Hauptebene (S'2) des Objektiv-Linsen­ systems (10) zueinander konjugiert werden.
4. Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenabbildungssystem eine einzelne Sammellinse (29) hat.
5. Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenabbildungssystem mindestens zwei Linsen (29A, 29B) hat, die so angeordnet sind, daß zumindest eine chromatische Aberration der Objektiv­ linse (10) kompensiert wird.
6. Optisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenabbildungssystem (29) eine einzelne gekittete Linse hat, die aus mindestens zwei Linsen zusammengesetzt ist.
7. Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenabbildungssystem eine teleobjektiv-artige Linsengruppe (60) hat.
8. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenabbildungssystem eine erste Gruppe von Zwischenabbildungslin­ sen (29) und eine zweite Gruppe von Zwischenabbildungslinsen (30) hat, wobei die erste und die zweite Gruppe von Zwischenabbildungslinsen (29, 30) so angeordnet sind, daß ein vorderer Brennpunkt der ersten Gruppe von Zwischenabbildungslinsen (29) annähernd in einem mittleren Bereich der re­ flektierenden Oberfläche der Umlenkeinheit (26) liegt, und die Lage eines hinteren Brennpunktes (E1) der ersten Gruppe von Zwischenabbildungslin­ sen (29) mit der Lage eines vorderen Brennpunktes der zweiten Gruppe von Zwischenabbildungslinsen (30) übereinstimmt, und die Lage eines hinteren Brennpunktes der zweiten Gruppe von Zwischenabbildungslinsen (30) mit der Lage eines vorderen Brennpunktes der Objektivlinse (10) übereinstimmt.
9. Optisches System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brennweite (f1) der ersten Gruppe von Zwischenabbildungslinsen (29) einer Brennweite (f2) der zweiten Gruppe von Zwischenabbildungslinsen (30) gleich ist.
10. Optisches System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite (f1) der ersten Gruppe von Zwischenabbildungslinsen (29) grö­ ßer ist als die Brennweite (f2) der zweiten Gruppe von Zwischenabbildungs­ linsen (30).
11. Optisches System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite (f1) der ersten Gruppe von Zwischenabbildungslinsen (29) klei­ ner ist als die Brennweite (f2) der zweiten Gruppe von Zwischenabbildungs­ linsen (30).
12. Optisches System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß minde­ stens eine der Gruppen von Zwischenabbildungslinsen (29, 30) eine achro­ matische Linsenkombination mit einer Sammellinse und einer Zerstreuungs­ linse, die aus unterschiedlichen Glassorten bestehen, ist.
13. Optisches System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß min­ destens eine der Gruppen von Zwischenabbildungslinsen (29, 30) eine gekit­ tete Linse mit mindestens zwei aneinander haftenden Linsen (29A, 29B) ist.
14. Optisches System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß minde­ stens eine der Gruppen von Zwischenabbildungslinsen (29, 30) ein teleob­ jektiv-artiges Linsensystem hat.
15. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätz­ lich eine Zylinderlinse (50) zwischen der Beleuchtungseinheit (7) und der Umlenkeinheit (26) angeordnet ist, wobei die Zylinderlinse (50) einen auf sie einfallenden parallelen Lichtstrahl (P) in einer zu einer Drehachse (O1) der Umlenkeinheit (26) parallelen Richtung auf der reflektierenden Oberfläche der Umlenkeinheit (26) bündelt, so daß auf die reflektierende Oberfläche der Umlenkeinheit (26) ein im Querschnitt strichförmiger Lichtstrahl auftritt, und wobei das Zwischenabbildungssystem so aufgebaut ist, daß ein paralleler Lichtstahl aus ihm hervortritt, wenn der im Querschnitt strichförmige Licht­ strahl auf die der Umlenkeinheit (26) zugewandte Seite des Zwischenabbil­ dungssystems auftrifft.
16. Optisches System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenabbildungssystem mindestens eine anamorphe Linsenoberfläche hat.
17. Optisches System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenabbildungssystem eine erste und eine zweite Gruppe von Zwi­ schenabbildungslinsen (29, 30) hat, wobei die Brechkraft der ersten Gruppe von Zwischenabbildungslinsen (29) in zur Drehachse (O1) der Umlenkeinheit (26) parallelen und senkrechten Richtungen unterschiedlich ist, die erste (29) und die zweite (30) Gruppe von Zwischenabbildungslinsen so angeordnet sind, daß ein von der reflektierenden Oberfläche der Umlenkeinheit (26) re­ flektierter Lichtstrahl in einem Brennpunkt der zweiten Gruppe von Zwi­ schenabbildungslinsen (30) gebündelt wird und die Lage eines hinteren Brennpunktes der zweiten Gruppe von Zwischenabbildungslinsen (30) mit einem vorderen Hauptpunkt (S1) der Objektivlinse (10) übereinstimmt.
18. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche der Umlenkeinheit (26) divergentes Licht auftrifft.
19. Optisches System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenabbildungssystem (29) eine erste und eine zweite Gruppe von Zwi­ schenabbildungslinsen (29), (30) hat, die so angeordnet sind, daß die Bezie­ hungen
1/f1 = 1/D1 + 1/D2 und
f1 < D1
erfüllt sind, wobei D1 ein Abstand zwischen einem Emissionspunkt der Be­ leuchtungseinheit (7) und einem vorderen Hauptpunkt (S5) der ersten Grup­ pe von Zwischenabbildungslinsen (29) ist, f1 eine Brennweite der ersten Gruppe von Zwischenabbildungslinsen (29) und D2 ein Abstand zwischen der ersten Gruppe von Zwischenabbildungslinsen (29) und einem hinteren Brennpunkt der zweiten Gruppe von Zwischenabbildungslinsen (30).
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