NL1004078C2 - Optische aftastinrichting. - Google Patents

Description

Optische aftastinrichting

Achtergrond van de uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een optische aftastinrichting voor het weergeven en registreren 5 van informatie van/op een optische schijf.

Een optische aftastinrichting zorgt voor het registreren en weergeven van informatie zoals video- of geluidsgege-vens op/van registratiemedia, bijvoorbeeld schijven (of disks). Een schijf heeft een structuur waarbij op een sub-10 straat een informatie bevattend oppervlak is gevormd. Het substraat kan bijvoorbeeld van kunststof of glas gemaakt zijn. Om informatie op een schijf met hoge dichtheid te lezen of te schrijven, moet de diameter van het optische puntje zeer klein zijn. Hiertoe is de numerieke apertuur van 15 een objectieflens in het algemeen groot gemaakt en wordt een lichtbron toegepast die een kortere golflengte heeft. Wanneer de lichtbron met een kortere golflengte en een objec-tieflens met een grote numerieke apertuur (NA) wordt gebruikt, wordt echter de neigingsspeling van de schijf met 20 betrekking tot de optische as gereduceerd. De zo gereduceerde neigingsspeling kan worden vergroot door de dikte van de schijf te reduceren.

Als we aannemen dat de neigingshoek van de disc Θ is, kan de omvang van een coma-aberratiecoëfficiënt W31 worden 25 verkregen uit: „ d n2(n2-l )sin0coseU™ 3

"31 “ ~ ~2 5 WA

(n2-sin20)7 waarbij d en n staan voor respectievelijk dikte en brekingsindex van de schijf. Zoals uit de bovenstaande verhouding duidelijk wordt, is de coma-aberratiecoëfficiënt evenredig aan de kubiekgetal van de numerieke apertuur (NA). Als we 30 aannemen dat de NA van de objectief lens die nodig is voor een conventionele compact disc (CD) 0,45 bedraagt en dat voor een conventionele digitale video disc of digitale veelzijdige schijf (DVD) 0,6 bedraagt (om de hogere informa-tiedichtheid onder te brengen), heeft de DVD een coma-aber- 10040 78 2 ratiecoêfficiënt van ongeveer 2,34 maal die van de CD met dezelfde dikte voor een gegeven neigingshoek. De maximale neigingsspeling van de DVD wordt dus teruggebracht tot de helft van die van de conventionele CD. Om de maximale nei-5 gingsspeling van de DVD te conformeren aan die van de CD, zou de dikte d van de DVD kunnen worden gereduceerd.

Zo'n in dikte gereduceerde schijf die een lichtbron met kortere golflengte (hoge dichtheid) gebruikt, bijvoorbeeld een DVD, kan niet worden gebruikt in een opname/weergave-10 apparaat zoals een schijf-aandrijfeenheid voor de conventionele CDS die gebruik maakt van een lichtbron met langere golflengte omdat een schijf met een niet-standaard dikte door een sferische aberratie wordt beïnvloed in een mate die correspondeert met het verschil in schijfdikte van die van 15 een normale schijf. Als de sferische aberratie extreem verhoogd wordt, kan het op de schijf gevormde puntje niet de lichtintensiteit hebben die nodig is voor het registreren van informatie, wat voorkomt dat de informatie exact geregistreerd wordt. Ook is tijdens het weergeven van de infor-20 matie de signaal/ruis (S/R) -verhouding te laag om de geregistreerde informatie exact weer te geven.

Daarom is een optische aftastinrichting nodig die gebruik maakt van een lichtbron met een korte golflengte, bijvoorbeeld 650 nm, die compatibel is voor disks met ver-25 schillende dikten, zoals een CD of een DVD.

Hiertoe wordt thans onderzoek gedaan naar inrichtingen die in staat zijn tot het reproduceren van, en vast leggen van informatie op, tenminste twee soorten schijven met verschillende dikten met één enkele optische aftastinrich-30 ting die gebruik maakt van een lichtbron met kortere golflengte. Lens-inrichtingen die gebruik maken van een combinatie van een hologramlens een brekingslens zijn voorgesteld in bijvoorbeeld Japanse ter inzage gelegde octrooipublicatie nr. Hei 7-98431.

35 De fig. 1 en 2 tonen het focusseren van gebogen licht van de nulde orde en de eerste orde op respectievelijk de schijf 3a en 3b, die verschillende dikten hebben. In elke figuur zijn een hologramlens l, voorzien van een patroon 11, en een straalbrekende objectieflens 2 langs de lichtbaan 1004078 3 aangebracht vöör de disks 3a en 3b. Het patroon 11 buigt een van een lichtbron (niet weergegeven) afkomstige lichtbundel 4 die door hologramlens 1 loopt, om daardoor het passerende licht te scheiden in gebogen licht van de eerste orde 41 en 5 gebogen licht van de nulde orde 40, die elk door de objec-tieflens 2 met een verschillende intensiteit worden gefocus-seerd naar een ander punt op de optische as. De twee verschillende brandpunten zijn de juiste brandpunten op respectievelijk de dikkere schijf 3b en de dunnere schijf 3a en 10 maken zo lees/schrijfbewerkingen met betrekking tot disks met verschillende dikten mogelijk.

Bij de toepassing van zo'n lenzenstelsel zorgt de scheiding van het licht in twee bundels (dat wil zeggen, het licht van de nulde orde en van de eerste orde) door de 15 hologramlens 1 echter voor een verlaging van de gebruiks-doelmatigheid van het feitelijk gebruikte (gereflecteerde en gedeeltelijk tweemaal gebogen, eerste orde-)licht tot ongeveer 15 %. Aangezien tijdens de leesbewerking de informatie zich in slechts een van de twee bundels bevindt, is het ook 20 waarschijnlijk dat de bundel die geen informatie draagt, wordt gedetecteerd als ruis. Bovendien vereist het vervaardigen van een dergelijke hologramlens een proces met grote nauwkeurigheid dat wordt toegepast bij het etsen van een fijn hologrampatroon, wat de produktiekosten verhoogt.

25 Fig. 3 is een schematische voorstelling van een andere conventionele optische aftastinrichting zoals is beschreven in US-octrooischrift nr. 5,281,797. Deze optische aftastinrichting bevat een varieerbaar diafragma la voor het variëren van de apertuurdiameter, zodat gegevens kunnen worden 30 geregistreerd op zowel een langere golflengte-schijf als een kortere golflengte-schijf, maar waarbij de disks dezelfde dikte hebben, en informatie daarvan kan worden weergegeven. Het variabele diafragma la is aangebracht tussen de objectief lens 2 en een collimatielens 5. Het variabele diafragma 35 la regelt een bundel 4 die door een lichtbron 9 is uitgegeven en door een bundelsplitser 6 is voortgeplant, door het geschikt instellen van de plaats van het bundeldoorgangsge-bied, dat wil zeggen, de numerieke apertuur (NA). Die diametrale apertuur van het variabele diafragma la wordt inge- 1004078 4 steld in overeenstemming met de afmeting van het gefocus-seerde puntje op de schijf wordt gebruikt en laat altijd de lichtbundel 4a van het middengebied door, maar laat naar keuze de bundel 4b van het omtreksgebied door, of blokkeert 5 hem. In fig. 3 geeft een verwijzingsgetal 3 een schijf aan, geeft een verwijzingsgetal 7 een focusseerlens aan en geeft een verwijzingsgetal 8 een fotodetector aan.

Bij de optische inrichting die de bovenstaande configuratie heeft is het zo dat wanneer het variabele diafragma 10 wordt gevormd door een mechanisch diafragma, de structurele resonantiekarakteristieken daarvan veranderen in afhankelijkheid van de effectieve apertuur van het diafragma. De aanbrenging van het diafragma op een activeringsorgaan voor het aandrijven van de objectieflens wordt in de praktijk 15 moeilijk. Om dit probleem te verhelpen, kunnen voor het vormen van het diafragma vloeibare kristallen worden gebruikt. Dit vormt echter een aanzienlijke belemmering voor de miniaturisering van het systeem, verslechtert de warm-tebestendigheid en de duurzaamheid en verhoogt de produktie-20 kosten.

Als alternatief kan een afzonderlijke objectieflens voor elke schijf worden verschaft, zodat een specifieke objectieflens voor een specifieke schijf wordt gebruikt. Aangezien in dit geval echter voor het verwisselen van de 25 lenzen een aandrijfapparaat nodig is, wordt de configuratie complex en worden de produktiekosten bijgevolg hoger.

Samenvatting van de uitvinding

Het is een doel van de onderhavige uitvinding om te voorzien in een optische aftastinrichting die goedkoop is en 30 gemakkelijk geproduceerd kan worden.

Het is een ander doel van de onderhavige uitvinding om te voorzien in een optische aftastinrichting waarvan de lichtgebruiksdoelmatigheid verhoogd is en die kleine bundel-puntjes kan produceren.

35 Om de bovenstaande doelen te bereiken, is voorzien in een optische aftastinrichting volgens de onderhavige uitvinding die bestaat uit: een lichtbron; een objectieflens die is aangebracht langs een lichtbaan van de lichtbron, naar 1004078 5 een schijf gericht is en een vooraf bepaalde effectieve diameter heeft; een in de lichtbaan tussen het lichtregelor-gaan en de lichtbron aangebrachte bundelsplitser; en een fotodetector voor het detecteren van het door de schijf 5 gereflecteerde en door de bundelsplitser gesplitste licht.

Korte beschrijving van de tekeningen

De bovenstaande doelen en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijker worden door de gedetailleerde beschrijving van een voorkeuruitvoeringsvorm ervan onder 10 verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen, waarin: fig. 1 en 2 schematische voorstellingen zijn van een conventionele optische aftastinrichting met een hologram-lens, die respectievelijk de toestanden tonen waarin een lichtbundel op een dunne schijf en een dikke schijf worden 15 gefocusseerd; fig. 3 een schematische voorstelling is van een andere conventionele optische aftastinrichting; fig. 4 een schematische voorstelling is van een optische aftastinrichting volgens de onderhavige uitvinding; 20 fig· 5 een bovenaanzicht is van een acht segmen ten- fotodetector die wordt gebruikt voor de optische aftastinrichting volgens de onderhavige uitvinding; fig. 6-8 en 9-11 bovenaanzichten zijn die de licht-ontvangstverdeling van de acht segmenten-fotodetector tonen, 25 die wordt gevormd door de positie van een objectieflens ten opzichte van respectievelijk een dunne schijf en een dikke schijf; en fig. 12 een kromme van een focussignaal is dat werd verkregen van de in fig. 5 getoonde acht segmenten-30 fotodetector.

Gedetailleerde beschrijving van de uitvinding

Bij de onderhavige uitvinding is het zo, dat van de lichtbundels die op de fotodetector invallen, de lichtbundel rond de middenas van de lichtbewegingsbaan, dat wil zeggen, 35 het licht van het tussengebied tussen nabij de as- en ver van de as-gebieden (die vele componenten van sferische aberratie bezitten) wordt geblokkeerd of afgeschermd, zodat 10 0 * 0 78 6 het licht met minder componenten van sferische aberratie de fotodetector bereikt, waardoor een focusseersignaal wordt gestabiliseerd. Bijgevolg kan een schijf-aandrijfeenheid die voor disks met verschillende dikten kan worden gebruikt, 5 bijv. een 1,2 mm compact schijf en een 0,6 mm digitale videoschijf, gemakkelijk worden geproduceerd tegen lage kosten.

Fig. 4 is een schematische voorstelling van een optische aftastinrichting volgens de onderhavige uitvinding, 10 waarbij de lichtfocusseertoestanden van een dunne schijf en een dikke schijf worden vergeleken.

In fig. 4 staan verwijzingsgetallen 300a en 300b respectievelijk voor een dunne schijf (bijv. een 0,6 mm digitale videodisc) en een dikke schijf (bijv. een 1,2 mm compact 15 disc).

Ben gewone objectieflens 200 is gepositioneerd vöör de digitale videodisc 300a of compact disc 300b. De objectieflens 200 met een vooraf bepaalde effectieve diameter focus-seert invallend licht 400 van een lichtbron 900 op de disc 20 300a of 300b, of ontvangt het van de schijf 300a of 300b gereflecteerde licht. Een bundelsplitser 700 die dient om het licht van de lichtbron 900 te reflecteren in de objectieflens 200 en om het van de schijf 300a of 300b gereflecteerde licht te geleiden, is gepositioneerd tussen de objec-25 tieflens 200 en de lichtbron 900. Een fotodetector 820 als een maatregel volgens de onderhavige uitvinding is verschaft achter de detectielens 800.

De fotodetector 820 heeft de volgende constructie-eigenschappen.

30 De fotodetector 820 is vierkant voor wat betreft zijn totale constructie. Een in vier delen verdeeld eerste detec-tiegebied 821 is gepositioneerd in het midden en een in vier delen verdeeld tweede detectiegebied 822 is verschaft rond het eerste detectiegebied 821. Het eerste detectiegebied 821 35 bevat vier vierkante lichtdetectie-elementen Al, Bl, Cl en Dl en het tweede detectiegebied 822 bevat vier L-vormige lichtdetectie-elementen A2, B2, C2 en D2.

Het eerste detectiegebied 821 is groot genoeg om alle invallende lichtbundels te omvatten wanneer de objectieflens 1004078 7 200 in een scherp-toestand staat met betrekking tot de dunne schijf (digitale videodisc) 300a. Het tweede detectiegebied 822 ontvangt het licht dat correspondeert met een gebied dat door een astigmatisme wordt vergroot wanneer de objectief-5 lens 200 op onscherp staat. In het bijzonder wanneer de objectieflens 200 met betrekking tot de dikke schijf 300b in scherp-stand staat, is het tweede detectiegebied 822 net zo groot als een buitenste vierkant dat tangentiaal getekend is ten opzichte van het lichtverdelingsgebied. Voor een beter 10 begrip zal dit worden beschreven onder verwijzing naar de fig. 6-12.

Fig. 6 toont de lichtverdeling wanneer de objectieflens 200 ten opzichte van de dunne schijf 300a precies in scherp-toestand verkeert. Het tweede detectiegebied 822 raakt aan 15 de binnenkant het lichtverdelingsgebied 820c.

Fig. 7 toont de lichtverdeling wanneer de objectieflens 200 ten opzichte van de dunne schijf 300a in een verre van scherp-toestand verkeert. In dat geval, zoals afgebeeld in fig. 7, is het lichtverdelingsgebied 820b horizontaal lang-20 gerekt, dat wil zeggen, door de horizontale 1ichtontvangst-elementen B2, Bl, Al, Cl, Dl en D2 heen.

Fig. 8 toont de lichtverdeling wanneer de objectieflens 200 ten opzichte van de dunne schijf 300a in een bijna scherp-toestand verkeert. In dat geval, zoals afgebeeld in 25 fig. 8, is het lichtverdelingsgebied 820c verticaal langgerekt, dat wil zeggen, door de verticale lichtontvangstele-menten A2, Al, Bl, Dl, Cl en C2 heen.

Zoals afgebeeld in fig. 9, wanneer de objectieflens 200 precies scherp staat met betrekking tot de dikke schijf 30 300b, raakt het lichtverdelingsgebied 820d aan de binnenkant het tweede detectiegebied 822.

Zoals afgebeeld in Fig. 10, wanneer de objectieflens 200 met betrekking tot de dikke schijf 300b in een verre van scherp-toestand verkeert, is het lichtverdelingsgebied 820d 35 horizontaal langgerekt, dat wil zeggen het loopt door de verticale lichtontvangstelementen A2, Al, Bl, Dl, Cl en C2.

Zoals hierboven is beschreven, bereikt volgens de onderhavige uitvinding alleen het nabij de as-licht met een kleine sferische aberratie het eerste detectiegebied 821.

1004078 8

Bij het aandrijven van de optische aftastinrichting volgens de onderhavige uitvinding is het zo dat wanneer informatie van een dunne schijf (digitale videodisc) 300a wordt weergegeven of geregistreerd, uit zowel het eerste als 5 tweede detectiegebied 821 en 822 gegenereerde signalen worden gebruikt. Bij gebruik van de dunne schijf is het focusfoutsignaal dus A1+A2+C1+C2-B1-B2-D1-D2. Wanneer informatie van een dikke schijf wordt weergegeven of geregistreerd, wordt alleen het signaal van het eerste detectiege-10 bied 821 gebruikt.

Figuur 12 is een kromme die dient om de focussignalen SI en S2 die zijn verkregen uit het signaal dat is gedetecteerd uit het tweede detectiegebied 822, die een breedte hebben van respectievelijk 60 μτη en 90 μπι, te vergelijken 15 met een focussignaal S3 dat is verkregen uit alle signalen die werden gedetecteerd uit het eerste en tweede detectiegebied 821 en 822, die een breedte van 160 μπι hebben wanneer de dikke schijf wordt gebruikt. Bijgevolg is het bij gebruik van de dikke schijf 300b zo, dat wanneer het eerste detec-20 tiegebied 821 wordt gebruikt, een meer stabiel signaal kan worden verkregen in vergelijking tot het geval waarbij zowel het eerste als het tweede detectiegebied 821 en 822 worden gebruikt. Ook wordt wanneer de dikke schijf wordt gebruikt, het ver van de as verkerende licht met een grote sferische 25 aberratie wijd verdeeld wordt in het tweede detectiegebied 822. Bijgevolg wordt het focussignaal vergroot en kan de symmetrie voor de focusseerrichting worden gehandhaafd.

Zoals hierboven beschreven is, worden volgens de optische aftastinrichting van de onderhavige uitvinding voor het 30 lezen van informatie van tenminste twee soorten disks met verschillende dikten een lichtregelfilm en een acht segmenten- fotodetector gebruikt zodat alleen het nabij de as verkerende licht in de fotodetector wordt ontvangen wanneer de informatie van de dikke schijf wordt gelezen, en het 35 nabij de as en ver van de as verkerende licht in de fotodetector wordt ontvangen wanneer de informatie van de dunne schijf wordt gelezen. De fotodetector is verdeeld in acht delen en elk detectiegebied is onderverdeeld in vier delen. Het aantal verschafte delen kan indien nodig worden ver- 1004078 9 groot. Door dit te doen wanneer de dikke schijf wordt gebruikt kan een signaal worden verkregen dat correspondeert met het nabij de as verkerende gebied. Wanneer de dunne schijf wordt gebruikt, wordt een relatief stabiel signaal 5 verkregen dat correspondeert met beide gebieden, dat wil zeggen, van de gebieden nabij de as en ver van de as.

Zoals hierboven is beschreven, maakt de optische aftas-tinrichting volgens de onderhavige uitvinding gebruik van een lichtblokkerings- of lichtverstrooiingsorgaan dat een-10 voudig van opbouw en gemakkelijk te produceren is, bijvoorbeeld een op een transparant orgaan gevormde lichtregelfilm of een op de objectieflens gevormde lichtblokkerings- of lichtverstrooiingsgroef, terwijl de conventionele optische af tast inrichting gebruik maakt van een conqplexe en dure 15 hologramlens. Aangezien het licht wordt gehanteerd zonder door een hologramlens te worden gescheiden, vertoont de optische aftastinrichting volgens de onderhavige uitvinding ook een verbeterde lichtgebruiksdoelmatigheid.

- conclusies - 1004078

Claims (6)

1. Optische aftastinrichting die bestaat uit: een lichtbron; een langs de lichtbaan van de lichtbron verschafte 5 objectieflens die naar het vlak van een schijf gericht is en een vooraf bepaalde effectieve diameter heeft; een bundelsplitser die is verschaft tussen de objec-tieflens en de lichtbron; en een fotodetector voor het detecteren van het licht dat 10 werd gesplitst door genoemde bundelsplitser en werd gereflecteerd van de schijf; waarbij de fotodetector een eerste detectiegebied bezit, en een tweede detectiegebied dat is aangebracht in het omtreksgedeelte van het eerste detectiegebied.

2. Optische aftastinrichting volgens conclusie 1, waarbij het eerste detectiegebied groot genoeg is om het invallende licht van nabij de as en ver van de as verkerende gebieden te omvatten wanneer een dunne schijf wordt gebruikt .

3. Optische aftastinrichting volgens conclusie 2, waarbij het eerste en tweede detectiegebied van de fotodetector elk zijn verdeeld in vier delen.

4. Optische aftastinrichting volgens conclusie 1, waarbij de fotodetector vierkant is.

5. Optische aftastinrichting volgens conclusie 2, waarbij de fotodetector vierkant is.

6. Optische aftastinrichting volgens conclusie 3, waarbij de fotodetector vierkant is. 1004078