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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine optische Abtastvorrichtung für Schreib-
und Lesesysteme für
Informationen hoher Dichte und im Besonderen eine optische Abtastvorrichtung,
die chromatische Aberration, die bei Einsatz einer Blaulichtquelle
auftritt, reduzieren kann; und ein optisches Abtastsystem, das eine
solche optische Abtastvorrichtung umfasst.
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Bei
optischen Schreib- und Lesesystemen wird die Aufzeichnungsdichte
durch die Größe des fokussierten
Punktes bestimmt. Im Allgemeinen ist die Größe des fokussierten Punktes
(S) proportional zu der Wellenlänge
(λ) und
umgekehrt proportional zu der numerischen Apertur (NA), die durch
Formel (1) ausgedrückt wird: S ∝ λ/NA (1)
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Für eine höhere Aufzeichnungsdichte
als diejenige für
Kompaktdisks (CDs) oder Digital Versatile Disks (DVDs) muss die
Größe des Punktes,
der auf einer optischen Platte fokussiert wird, weiter reduziert
werden. Um die Punktgröße zu reduzieren,
muss, wie aus der Formel (1) geschlossen werden kann, die Wellenlänge (λ) eines Laserstrahls
reduziert werden, und die NA einer Objektivlinse muss erhöht werden.
Somit muss für dieses
Aufzeichnen von Informationen hoher Dichte ein Laserstrahl mit einer
kurzen Wellenlänge,
beispielsweise ein blauer Laser, als Lichtquelle eingesetzt werden
und die NA der Objektivlinse muss bei 0,6 oder mehr gehalten werden.
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Andererseits
ist der Asymmetriefehler W
31, der auf Grund
des Neigens der optischen Platte auftritt, mit dem Neigungswinkel
(θ) der
Platte, dem Brechungsindex (n) des Plattensubstrats, der Dicke (d)
des Plattensubstrats und der NA der Objektivlinse verbunden, wie
durch Formel (2) ausgedrückt:
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Um
Spiel im Hinblick auf die Neigung der Platte für das Aufzeichnen von Informationen
hoher Dichte sicherzustellen, besteht eine Tendenz zum Reduzieren
der Dicke (d) des Plattensubstrats. Beispielsweise besitzen CDs
eine Dicke von 1,2 mm, und DVDs besitzen eine Dicke von 0,6 mm.
Außerdem
besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die Dicke von hochauflösenden DVDs
(HD-DVDs), die jüngst
entwickelt werden, als 0,6 mm oder weniger bestimmt wird. Um solche
dünnen
optischen Platten für
das Aufzeichnen mit hoher Dichte zu übernehmen, besteht die erste
Erwägung
in der Kompatibilität
mit bestehenden Platten einschließlich CDs und DVDs. Bei beschreibbaren
DVDs (DVD-R) und mehrschichtigen DVDs ist es jedoch erforderlich,
auf Grund der niedrigen Reflektivität dieser Platten bei Licht
kurzer Wellenlänge
eine rote Lichtquelle zu übernehmen.
Daher wird für
diese Platten ausschließlich
eine rote Lichtquelle eingesetzt. Im Hinblick auf die Objektivlinse
ist es möglich,
durch Anwenden einer Technik, die sowohl die durch die unterschiedlichen
Wellenlängen von
Lichtquellen verursachte chromatische Aberration als auch die durch
den Unterschied zwischen der Dicke von Platten verursachte sphärische Aberration
korrigieren kann, sowohl für
bestehende Platten als auch für HD-DVDs gemeinsam eine
Objektivlinse zu verwenden.
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Im
Fall einer optischen Abtastvorrichtung für 0,6 mm dicke DVDs, die eine
rote Lichtquelle und eine Objektivlinse mit einer NA von 0,6 übernimmt,
um mit 1,2 mm dicken CDs kompatibel zu sein, werden eine zusätzliche
Lichtquelle mit einer Wellenlänge
von 650 nm und eine Objektivlinse bei der optischen Abtastvorrichtung
mit verschiedenen Techniken eingesetzt. Diese Techniken umfassen
eine Ringabschirmungstechnik zum Blockieren von Licht, das durch
den Zwischenraum zwischen Fernachsen- und Nahachsenbereich hindurchgeht,
ein Verfahren zum Steuern der NA der Objektivlinse durch Verwendung
von Flüssigkristall-(LC-)Blendenverschlüssen und
ein Verfahren zum Spalten von Licht unter Verwendung eines Hologramm-Optikelements
zum Bilden individueller Fokusse auf zwei Platten mit unterschiedlichen
Dicken. Bei beschreibbaren Kompaktdisks (CD-Rs) fällt jedoch
die Reflektivität
im Hinblick auf rotes Licht deutlich ab, und daher ist eine Lichtquelle
mit einer Wellenlänge
von 780 nm erforderlich. Aus diesem Grund wurde die Verwendung eines
DVD-indefiniten/CD-definiten optischen Systems, das Kompatibilität zwischen
Lichtstrahlen von 780 nm und 650 nm bereitstellt, oder die Verwendung
einer ringförmigen
Objektivlinse, die einen ringförmigen Fokusbereich
zwischen Fernachsen- und Nahachsenbereich aufweist, vorgeschlagen.
Im Beson deren ist bei einem CD-definiten optischen System die NA
der Objektivlinse beschränkt
und streuende Strahlen fallen auf die Objektivlinse, wodurch durch
Dickeschwankungen von Platten und der Objektivlinse verursachte
Aberration korrigiert wird.
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Wie
zuvor beschrieben wurde, ist eine optische Abtastvorrichtung, die
eine Lichtquelle kurzer Wellenlänge übernimmt,
zum Schreiben und Lesen von Informationen höherer Dichte als DVD-Systeme
bewältigen können erforderlich.
Als Beispiel ist für
eine optische Abtastvorrichtung für HD-DVDs ein Laser mit einer
Wellenlänge,
die kürzer
als die bei DVDs verwendeten 650 nm ist, als Lichtquelle erforderlich.
Zusätzlich
schwankt die Refraktivität
von optischem Material für
eine optische Platte erheblich bei Wellenlängen, die kürzer als 650 nm sind, wodurch übermäßige Aberration
verursacht wird. Somit besteht ein Bedarf für ein optisches System, dass
die chromatische Aberration wirksam reduzieren kann und mit bestehenden
DVDs kompatibel ist.
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Bei
einer DVD-R sinkt die Reflektivität im Hinblick auf andere Lichtquellen
als eine rote Lichtquelle. Daher muss für die Kompatibilität mit DVD-Rs
eine Lichtquelle mit einer Wellenlänge von 650 nm übernommen werden.
Das Problem der Aberration kann jedoch bei einer 400 nm-Objektivlinse
nicht beseitigt werden, indem lediglich der Streugrad von einfallendem
Licht gesteuert wird, das von der 650 nm-Lichtquelle emittiert wird
und auf die Objektivlinse fällt.
Daher ist bei der Suche nach HD-DVDs die wirksame Korrekturtechnik
für chromatische
Aberration von bedeutendem Interesse.
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Nach
einem herkömmlichen
Verfahren zum Korrigieren von Aberration wird, wie in 1 gezeigt, eine Aberrationskorrekturlinse
(3) zwischen einer optischen Platte (1) und einer
Objektivlinse (3) eingefügt. Alternativ befindet sich,
wie in 2 gezeigt, ein
Wellenlängenwählelement
(4) zum Definieren der NA der Objektivlinse (2)
in Abhängigkeit
von der Wellenlänge
von Licht zwischen der Objektivlinse (2) und der Lichtquelle (nicht
gezeigt). Bei der in 1 gezeigten
optischen Abtastvorrichtung wird sphärische Aberration durch Anpassen
des Abstands zwischen den beiden Linsen gemäß der Dickeschwankung der optischen
Platte (1) korrigiert. Bei der in 2 gezeigten optischen Abtastvorrichtung
wird die NA der Objektivlinse (2) im Bezug auf Licht mit
einer längeren
Wellenlänge
durch das Wellenlängenwählelement
(4) beschränkt,
und ihre optischen Bauteile sind so angeordnet, dass das Licht von
Lichtquellen gestreut auf die Objektivlinse (2) fällt, wo durch sphärische Aberration
auf Grund der Dickeschwankung von optischen Platten korrigiert wird.
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Die
in 1 gezeigte herkömmliche
optische Abtastvorrichtung erfordert jedoch präzise Steuerung des Abstands
zwischen der Objektivlinse (2) und der Aberrationskorrekturlinse
(3), und daher ist ein zusätzliches Stellorgan zum genauen
Steuern des Abstands zwischen den beiden Linsen und zwischen Linse
und der Platte erforderlich. Somit ist die Herstellung der optischen
Abtastvorrichtung kompliziert, und die Kosten sind hoch. Bei der
in 2 gezeigten herkömmlichen
optischen Abtastvorrichtung verursacht außerdem, da streuendes Licht
verwendet wird, axiale Verzerrung der Objektivlinse im Bezug auf
Platten Verzerrung eines Spurfehlers.
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EP-A-0
865037 offenbart eine Objektivlinse und einen die Objektivlinse
umfassenden optischen Kopf zum Lesen von auf Substraten mit unterschiedlichen
Dicken enthaltenen Informationen unter Verwendung von Laserstrahlen
mit unterschiedlichen Wellenlängen.
Die Objektivlinse umfasst einen Phasenring zum Verringern einer
Aberration eines fokussierten Punktes von jedem der Laserstrahlen.
Der Phasenring kann optimal mit der Objektivlinse kombiniert werden,
die innere und äußere Bereiche
mit jeweils einer unterschiedlichen Substratdicke aufweist.
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EP-A-0
831466 offenbart unter Wiedergabe der Einleitung von Anspruch
1 einen optischen Kopf, der ein festes optisches System umfasst,
das eine erste Lichtquelle zum Ausgeben eines ersten kollimierten
Lichts mit einer ersten Wellenlänge,
ein erstes Erfassungssystem zum Empfangen einer Reflexion des ersten
Kollimierten von einer ersten optischen Platte mit einer Substratdicke,
eine zweite Lichtquelle zum Ausgeben eines zweiten kollimierten
Lichts parallel zu dem ersten kollimierten Licht und mit einer zweiten
Wellenlänge,
die sich von der ersten Wellenlänge
unterscheidet, und ein zweites Erfassungssystem zum Empfangen einer
Reflexion des zweiten kollimierten Lichts von einer zweiten optischen
Platte mit einer zweiten Substratdicke, die sich von der ersten
Substratdicke unterscheidet, umfasst. Ein bewegliches optisches
System umfasst eine Objektivlinse zum Fokussieren des ersten Lichts
auf der ersten optischen Platte und Fokussieren des zweiten Lichts
auf der zweiten optischen Platte und ein optisches System zum Umwandeln
einer Wellenfront des zweiten Lichts und Übertragen des zweiten Lichts
zu der Objektivlinse. Ein Antriebssystem bewegt das bewegliche optische
System in eine Richtung relativ zu dem ersten kollimierten Licht.
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EP-A-0
996120 ist nur gemäß Artikel
54 (3) und (4) EPC relevant. Es offenbart eine optische Abtastvorrichtung,
die wenigstens mit zwei Arten von optischen Aufzeichnungsmedien
unter Verwendung von Lichtstrahlen mit jeweils unterschiedlichen
Wellenlängen
zum Aufzeichnen und Lesen von Informationen kompatibel ist, wobei
die optische Abtastvorrichtung zwei Laserlichtquellen zum Emittieren
von Lichtstrahlen mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen; eine
Hologrammlinse, die einen holografischen Ring umfasst, um die Lichtstrahlen,
die von den Laserlichtquellen emittiert wurden, in einen inneren
Bereich des holografischen Rings zu übertragen und einen speziellen
Lichtstrahl unter den Lichtstrahlen, die von den Laserlichtquellen emittiert
wurden, in einem äußeren Bereich
relativ zu dem inneren Bereich zu beugen; eine Objektivlinse, um die
Lichtstrahlen, die durch die Hologramm-Ringlinse hindurchgegangen
sind, auf den jeweiligen Informationsaufzeichnungsflächen der
beiden Arten der optischen Aufzeichnungsmedien zu fokussieren; optische
Elemente zum Verändern
optischer Teile der Lichtstrahlen, die von den Informationsaufzeichnungsflächen der
optischen Aufzeichnungsmedien reflektiert werden; und zwei Fotodetektoren
zum individuellen Erfassen optischer Informationen aus den Lichtstrahlen,
die von den optischen Elementen einfallen, umfasst.
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DE-A-19927714 offenbart
eine optische Platte hoher Dichte mit einer Substratdicke von etwa
0,2 bis 0,4 mm, die einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von
395 nm bis 425 nm verwendet.
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Yamamoto
u. a.: "0,8-NA Two
Element Objective Lens for the Optical Disk" (0,8-NA-Zweielemente-Objektivlinse für die optische
Platte), Japanese Journal of Applied Physics, Publication Office,
Japanese Journal of Applied Physics, Tokio, Japan, Vol. 36, Nr.
1B, 1997, Seite 456 bis 459, offenbart eine Objektivlinse mit einer asphärischen
Ebene zum Auslesen optischer Medien mit einer Substratdicke von
weniger als 0,6 mm.
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Im
Hinblick auf das Lösen
oder Verringern der vorgenannten Probleme ist es ein Ziel von Ausführungen
der vorliegenden Erfindung, eine optische Abtastvorrichtung bereitzustellen,
die Laserstrahlen mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen verwendet
und mit verschiedenen Arten von optischen Aufzeichnungsmedien kompatibel
ist.
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Es
ist ein weiteres Ziel von Ausführungen
der vorliegenden Erfindung, eine optische Abtastvorrichtung bereitzustellen,
die leicht mit einer einfachen Struktur zusammengebaut werden kann
und mit verschiedenen Arten von optischen Aufzeichnungsmedien kompatibel
ist.
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Es
ist noch ein weiteres Ziel von Ausführungen der vorliegenden Erfindung,
eine optische Abtastvorrichtung bereitzustellen, die bei niedrigen
Kosten hergestellt werden kann und mit verschiedenen Arten von optischen
Aufzeichnungsmedien kompatibel ist.
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Nach
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine optische
Abtastvorrichtung bereitgestellt, die umfasst:
- – eine erste
und eine zweite Lichtquelle, die Laserstrahlen mit unterschiedlichen
Wellenlängen
erzeugen, die einem ersten bzw. einem zweiten Medium mit unterschiedlichen
Dicken entsprechen;
- – eine
Objektivlinse mit einem streuenden und einem konzentrierenden Abschnitt,
die die Laserstrahlen von der ersten und der zweiten Lichtquelle
auf das erste bzw. das zweite Medium fokussieren;
- – wenigstens
einen Fotodetektor, der die Laserstrahlen empfängt, die von der ersten und
der zweiten Lichtquelle emittiert und von dem ersten bzw. zweiten
Medium reflektiert werden; und
- – eine
Kollimationslinse, die auf dem Lichtweg zwischen der Objektivlinse
und der ersten sowie der zweiten Lichtquelle angeordnet ist, dadurch
gekennzeichnet, dass:
wenn davon ausgegangen wird, dass die
Objektbrennweite des streuenden und des konzentrierenden Abschnitts
der Objektivlinse f1 bzw. f2 beträgt und die Abbe'sche Zahl auf der
d-Linie der optischen Materialien für den streuenden und den konzentrierenden
Abschnitt der Objektivlinse v1 bzw. v2 beträgt, die Objektivlinse die Beziehung
0 < 1/(f1·v1) +
1/(f2·v2) < 0,005 erfüllt.
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Vorzugsweise
erfüllt,
wenn davon ausgegangen wird, dass die Brennweite der gesamten Objektivlinse f
beträgt
und die Brennweite des streuenden Abschnitts fn beträgt, die
Objektivlinse die Beziehung –0,8 < f/fn < 0.
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Vorzugsweise
ist eine Fläche
der Objektivlinse eine asphärische
Ebene. Vorzugsweise empfängt
der Fotodetektor die Laserstrahlen, die sowohl von der ersten als
auch von der zweiten Lichtquelle ausgehen.
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Vorzugsweise
erzeugt die erste Lichtquelle einen blauen Laserstrahl, der, was
noch stärker
zu bevorzugen ist, eine Wellenlänge
von 405 nm hat, und die zweite Lichtquelle erzeugt einen blauen
Laserstrahl, der, was noch stärker
zu bevorzugen ist, eine Wellenlänge
von 650 nm hat.
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Bei
einem zweiten Aspekt nach der vorliegenden Erfindung wird ein optisches
Abtastsystem bereitgestellt, das eine optische Abtastvorrichtung
nach dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst und bei dem das Substrat
des ersten Mediums eine Dicke von weniger als 0,6 mm hat und das
Substrat des zweiten Mediums eine Dicke von 0,6 mm hat.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung und zur Darstellung, wie Ausführungen derselben zur Durchführung gebracht
werden können,
erfolgt nun, in Form von Beispielen, der Bezug auf die begleitenden
schematischen Zeichnungen, bei denen:
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1 die Objektivlinse einer
herkömmlichen
optischen Abtastvorrichtung darstellt;
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2 die Objektivlinse einer
anderen herkömmlichen
optischen Abtastvorrichtung darstellt;
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3 die optische Anordnung
einer ersten Ausführung
einer optischen Abtastvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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4 die optische Anordnung
einer zweiten Ausführung
einer optischen Abtastvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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5 eine graphische Darstellung
ist, die vergleichend die Schwankung der optimalen Dicke eines Plattensubstrats
für die
optische Abtastvorrichtung der Erfindung und eine herkömmliche
optische Abtastvorrichtung im Hinblick auf die Wellenlängenschwankung
zeigt;
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6 eine graphische Darstellung
ist, die vergleichend die Aberrationsschwankung für die optische Abtastvorrichtung
der Erfindung und eine herkömmliche
optische Abtastvorrichtung im Hinblick auf die Wellenlängenschwankung
zeigt;
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7A den optischen Strahlengang
von Licht mit einer Wellenlänge
von 405 nm in der optischen Abtastvorrichtung nach Ausführungen
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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7B Aberration im Hinblick
auf Licht mit einer Wellenlänge
von 405 nm in der optischen Abtastvorrichtung nach Ausführungen
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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7C das Fokusfehlersignal
für Licht
mit einer Wellenlänge
von 405 nm in der optischen Abtastvorrichtung nach Ausführungen
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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8A den optischen Strahlengang
von Licht mit einer Wellenlänge
von 650 nm in der optischen Abtastvorrichtung nach Ausführungen
der vorliegenden Erfindung darstellt;
-
8B Aberration im Hinblick
auf Licht mit einer Wellenlänge
von 650 nm in der optischen Abtastvorrichtung nach Ausführungen
der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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8C das Fokusfehlersignal
für Licht
mit einer Wellenlänge
von 650 nm in der optischen Abtastvorrichtung nach Ausführungen
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Ausführung 1
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Eine
erste bevorzugte Ausführung
einer optischen Abtastvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird
in 3 gezeigt. Mit Bezug
auf 3 wird eine erste
Lichtquelle (601) an dem Ende der optischen Achse einer
Objektivlinse (200) positioniert, die auf ein Medium (optische
Platte) (100) zeigt. Außerdem werden eine Kollimationslinse
(400) und ein erster, zweiter und dritter Strahlenteiler
(501, 502 und 503) sequenziell auf dem optischen
Strahlengang zwischen der Objektivlinse (200) und der ersten
Lichtquelle (601) angeordnet. Die Kollimationslinse (400)
umfasst eine Positivlinse (401) mit Konzentrationskraft
und eine Negativlinse (402) mit Streukraft.
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Die
Kollimationslinse (400) kollimiert die Laserstrahlen von
der ersten und zweiten Lichtquelle (601 und 701),
und die kollimierten Laserstrahlen fallen durch die Objektivlinse
(200) hindurch auf das Medium (100).
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Der
dritte Strahlenteiler (503) überträgt den Laserstrahl von der
ersten Lichtquelle (601) und reflektiert den Laserstrahl
von der zweiten Lichtquelle (701) in Richtung des Mediums
(100). Wie in 3 gezeigt
wird, ist die zweite Lichtquelle (701) auf dem optischen
Strahlengang des Lichts angeordnet, das von dem dritten Strahlenteiler
(503) reflektiert wird.
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Der
zweite Strahlenteiler (502) überträgt die Laserstrahlen von der
ersten und zweiten Lichtquelle (601 und 701) und
reflektiert das von dem Medium (100) reflektierte Licht,
das von der zweiten Lichtquelle (701) ausgeht. Das Licht,
das von dem Medium (100) und im Gegenzug von dem zweiten
Strahlenteiler (502) reflektiert wird, wird von einer zweiten
Konzentrationslinse (802) auf einen zweiten Fotodetektor
(702) konzentriert.
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Der
erste Strahlenteiler (501) überträgt sämtliche der Laserstrahlen von
der ersten und zweiten Lichtquelle (601 und 701).
Außerdem
reflektiert der erste Strahlenteiler (501) das von dem
Medium (100) reflektierte Licht, das von der ersten Lichtquelle
(601) ausgeht, und überträgt das von
dem Medium (100) reflektierte Licht, das von der zweiten
Lichtquelle (701) ausgeht. Das Licht, das von dem Medium
(100) und im Gegenzug von dem ersten Strahlenteiler (501)
reflektiert wird, wird von einer ersten Konzentrationslinse (801)
auf einen ersten Fotodetektor (602) konzentriert.
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Die
Objektivlinse (200), die ein Merkmal der vorliegenden Erfindung
ist, ist eine Doppellinse, die einen positiven Abschnitt (202)
mit einer Konzentrationskraft und einen negativen Abschnitt (201)
mit einer Streukraft umfasst. Wenn davon ausgegangen wird, dass
die Brennweite der Objektivlinse (200) f beträgt und die
Brennweite des negativen Abschnitts (201) fn beträgt, erfüllt die
Objektivlinse (200) die Beziehung –0,8 < f/fn < 0.
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Wenn
außerdem
davon ausgegangen wird, dass die Objektbrennweite des negativen
und des positiven Abschnitts (201 und 202) der
Objektivlinse (200) f1 bzw. f2 beträgt und die Abbe'sche Zahl auf der
d-Linie der optischen Materialien für den negativen und den positiven
Abschnitt (201 und 202) der Objektivlinse (200) v1
bzw. v2 beträgt,
erfüllt
die Objektivlinse (200) die Beziehung 0 < 1/(f1·v1) +
1/(f2·v2) < 0,005. Zusätzlich ist eine
Fläche
der Objektivlinse (200) eine asphärische Ebene.
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Ausführung 2
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Eine
zweite bevorzugte Ausführung
der optischen Abtastvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird
in 4 gezeigt. Mit Bezug
auf 4 wird eine erste
Lichtquelle (601) an dem Ende der optischen Achse einer
Objektivlinse (200) positioniert, die auf ein Medium (100)
zeigt. Außerdem
werden ein erster und dritter Strahlenteiler (501 und 503)
zwischen der Objektivlinse (200) und der ersten Lichtquelle
(601) angeordnet, die sich in einem vorgegebenen Abstand
zueinander befinden. Eine Kollimationslinse (400), die
eine Positivlinse (401) mit einer Konzentrationskraft und
eine Negativlinse (402) mit einer Streukraft umfasst, ist
zwischen der Objektivlinse (200) und dem ersten Strahlenteiler
(501) angeordnet.
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Die
Kollimationslinse (400) kollimiert Laserstrahlen von der
ersten und zweiten Lichtquelle (601 und 701),
und die kollimierten Laserstrahlen fallen durch die Objektivlinse
(200) hindurch auf das Medium (100).
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Der
dritte Strahlenteiler (503) überträgt den Laserstrahl von der
ersten Lichtquelle (601) und reflektiert den Laserstrahl
von der zweiten Lichtquelle (701) in Richtung des Mediums
(100). Wie in 4 gezeigt
wird, ist die zweite Lichtquelle (701) auf dem optischen Strahlengang
des Lichts angeordnet, das von dem dritten Strahlenteiler (503)
reflektiert wird.
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Der
erste Strahlenteiler (501) überträgt die Laserstrahlen von der
ersten und zweiten Lichtquelle (601 und 701) und
reflektiert das von dem Medium (100) reflektierte Licht.
Das Licht, das von dem Medium (100) und im Gegenzug von
dem ersten Strahlenteiler (501) reflektiert wird, wird
von einer Konzentrationslinse (801) auf einen Fotodetektor
(602a) konzentriert.
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Wie
bei der ersten Ausführung
ist die in 4 gezeigte
Objektivlinse (200), die ein Merkmal der vorliegenden Erfindung
bildet, eine Doppellinse, die einen positiven Abschnitt (202)
mit einer Konzentrationskraft und einen negativen Abschnitt (201)
mit einer Streukraft umfasst. Wenn davon ausgegangen wird, dass
die Brennweite der Objektivlinse (200) f beträgt und die
Brennweite des negativen Abschnitts (201) fn beträgt, erfüllt die
Objektivlinse (200) die Beziehung –0,8 < f/fn < 0. Zusätzlich ist eine Fläche der
Objektivlinse (200) eine asphärische Ebene.
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Wenn
außerdem
davon ausgegangen wird, dass die Objektbrennweite des negativen
und des positiven Abschnitts (201 und 202) der
Objektivlinse (200) f1 bzw. f2 beträgt und die Abbe'sche Zahl auf der
d-Linie der optischen Materialien für den negativen und den positiven
Abschnitt (201 und 202) v1 bzw. v2 beträgt, erfüllt die
Objektivlinse (200) die Beziehung 0 < 1/(f1·v1) + 1/(f2·v2) < 0,005.
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Bei
der vorangegangenen ersten und zweiten Ausführung kann ein Wellenlängenselektivfilter
des Weiteren zwischen der Objektivlinse (200) und der Kollimationslinse
(200) angeordnet sein. Der Wellenlängenselektivfilter wird eingesetzt,
wenn die NA der Objektivlinse im Bezug auf die von der ersten und
zweiten Lichtquelle (601 und 701) erzeugten Laserstrahlen
getrennt gesteuert werden muss. Zum Beispiel wird in dem Fall der
Verwendung der ersten Lichtquelle (601), die einen blauen
Laserstrahl von 405 nm emittiert und eine NA von 0,7 für die Objektivlinse
benötigt,
und der zweiten Lichtquelle (701), die einen roten Laserstrahl
von 650 nm emittiert und eine NA von 0,6 für die Objektivlinse benötigt, der
Wellenlängenselektivfilter
(300) so übernommen,
dass eine Reduzierung der NA der Objektivlinse auf 0,6 für den Laserstrahl
von 650 nm ermöglicht wird,
während
gleichzeitig alles von dem Laserstrahl von 405 nm übertragen
wird.
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Tafel
1 zeigt die Konstruktionsdaten für
eine optische Abtastvorrichtung, die einen Laserstrahl von 405 nm
verwendet und eine Platte mit einem 0,4 mm dicken Substrat umfasst. Tafel
1
wobei
z die Tiefe von dem Scheitelpunkt der Fläche ist, h der Abstand von
der optischen Achse ist, c die Krümmung ist, K ein Kegelkoeffizient
ist und A, B, C und D asphärische
Koeffizienten sind.
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5 ist eine grafische Darstellung,
die vergleichend die Veränderung
der optimalen Plattensubstratdicke nach der Wellenlängenschwankung
bei einer herkömmlichen
Einzelobjektivlinse und der basierend auf den Daten aus Tafel 1
konstruierten Doppelobjektivlinse nach der Erfindung zeigt. Bei
der herkömmlichen
Einzelobjektivlinse neigt die optimale Dicke des Substrats dazu,
bei einem Anstieg der Wellenlänge
zur Korrektur von chromatischer Aberration zu sinken. Wenn eine
Einzelobjektivlinse für
eine Wellenlänge von
405 nm und ein 0,4 mm dickes Substrat eingesetzt wird, kann chromatische
Aberration bei einer Wellenlänge
von 650 nm bei einer Substratdicke von 0,23 mm beseitigt werden.
Daher treten beim Lesen von Daten von einer DVD chromatische Aberration
entsprechend der Dickeschwankung (0,4 – 0,23 = 0,17 mm) und sphärische Aberration
entsprechend (0,6 – 0,4
= 0,2 mm) auf. Zum Korrigieren dieser Aberration muss die Dicke
einer HD-DVD so bestimmt werden, dass sie 0,6 plus 0,77 mm beträgt. Dies
geht jedoch gegen eine Tendenz der Reduzierung der Dicke von Platten
für das
Aufzeichnen mit hoher Dichte.
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6 ist eine grafische Darstellung,
die vergleichend die Veränderung
bei der Aberration nach der Wellenlängenschwankung bei einer herkömmlichen
Einzelobjektivlinse und der für
das Korrigieren von chromatischer Aberration konstruierten Doppelobjektivlinse
nach der Erfindung zeigt. 7 zeigt
an, dass die Objektivlinse der Erfindung die chromatische Aberration
durch die Wellenlängenschwankung
auf ein Niveau von OPD 0,015 λrms oder weniger reduzieren kann.
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Der
Grad an Defokussierung auf dem Medium entsprechend der Wellenlängenschwankung
bei Schreib- und Leseoperationen ist umgekehrt proportional zu NA2, und die Brennweite, ±λ/2NA2,
beträgt
0,563 μm.
Die Defokussierung im Bezug auf eine Wellenlängenschwankung von ±1 nm beträgt bei der
herkömmlichen
optischen Linse 0,7 μm,
was außerhalb
des Bereichs der Brennweite liegt. Währenddessen beträgt die Defokussierung
im Bezug auf eine Wellenlängenschwankung
von ±1
nm bei der doppelten optischen Linse der Erfindung 0,45 μm, was innerhalb
des Bereichs der Brennweite liegt.
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7A stellt den optischen
Strahlengang des Laserstrahls mit einer Wellenlänge von 405 nm in Richtung
einer Platte mit einem 0,4 mm dicken Substrat in einem mit den Spezifikationen
aus Tafel 1 konstruierten optischen System dar, 7B zeigt in dem optischen System aus 7A auftretende Aberration,
und 7C zeigt ein Fokusfehlersignal,
das durch Astigmatismus in dem optischen System aus 7A erzielt wurde.
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8A stellt den optischen
Strahlengang des Laserstrahls mit einer Wellenlänge von 650 nm in Richtung
einer Platte mit einem 0,6 mm dicken Substrat in dem optischen System
dar, das mit den in Tafel 1 gezeigten Daten konstruiert wurde, 8B zeigt in dem optischen
System aus 8A auftretende
Aberration, und 8C zeigt
das Fokus fehlersignal, das durch Astigmatismus in dem optischen
System aus 8A erfasst
wurde. Wie in 8C gezeigt
wird, tritt ein Versatz von etwa 0,5 μm oder mehr auf, der möglicherweise unter
Verwendung der geeigneten Signalverarbeitungsschaltungen korrigiert
wird. Dieses Ergebnis zeigt, dass, wie bei der zweiten Ausführung dargestellt,
ein Fotodetektor für
beide Arten von Platten verwendet werden kann.
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Tafel
2 zeigt die Konstruktionsdaten für
eine herkömmliche
Doppelkollimationslinse für
Licht von 650 nm mit einer Brennweite von 25 mm. Wie in Tafel 2
gezeigt wird, liegt das Gesamt-bis-negativ-Streukraftverhältnis der
Kollimationslinse nahe –1.
Im Hinblick auf das Verhältnis
der Kollimationslinse nach der vorliegenden Erfindung, das in Tafel
1 mit –1,29
angegeben wird, besitzt die Kollimationslinse nach der vorliegenden Erfindung
große
Streukraft. Währenddessen
ist die Streukraft der Objektivlinse der Erfindung relativ schwach bei
0,48. Tafel
2
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Die
optische Abtastvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist sowohl
bei bestehenden DVDs als auch bei HD-DVDs kompatibel, die eine blaue
Lichtquelle nahe 405 nm und eine Objektivlinse mit einer NA von
0,6 einsetzen, aber deren Spezifikation noch nicht standardisiert
ist. Im Besonderen kann die optische Abtastvorrichtung der Erfindung
die Doppelkompatibilität
durch Übernahme
von nur einer Objektivlinse und einem Fotodetektor erreichen. Da
die optische Abtastvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eine
einfache Struktur besitzt, kann sie außerdem leicht bei reduzierten
Kosten hergestellt werden. Zusätzlich
kann Defokussierung nach Wellenlängenschwankung
bei Schreib- und Leseoperationen hoher Dichte innerhalb des Brennweitenbereichs
unterdrückt
werden, was eine qualitativ hochwertige Signalwiedergabe ermöglicht.
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Auch
wenn diese Erfindung im Besonderen mit Bezug auf die bevorzugten
Ausführungen
davon gezeigt und beschrieben wurde, ist von Personen mit Erfahrung
auf diesem Gebiet erkennbar, dass daran verschiedene Änderungen
an Form und Details vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der
Erfindung, wie er durch die Ansprüche im Anhang definiert wird,
abzuweichen.
wobei z die Tiefe von dem Scheitelpunkt der Fläche ist, h der Abstand von der optischen Achse ist, c die Krümmung ist, K ein Kegelkoeffizient ist und A, B, C und D asphärische Koeffizienten sind.
