DE19640838A1 - Optische Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung zum optischen Aufzeichnen und Wiedergeben einer Information von einer optischen Platte und auf eine opti­ sche Platte.

Eine optischer Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung zeichnet eine Information wie beispielsweise Bild- oder Tondaten auf einen Aufzeichnungsträger wie beispielsweise eine oder meh­ rere Platten auf und gibt diese Information von der bzw. den Platten wieder. Eine Platte hat einen derartigen Aufbau, daß die Informationsaufzeichnungsfläche auf einem Substrat ausgebildet ist. Das Substrat besteht beispielsweise aus einem Kunststoff­ material oder Glas. Um eine Information von einer Platte mit hoher Informationsdichte zu lesen oder auf eine derartige Platte eine Information zu schreiben, muß der Durchmesser des auf die Platte fallenden Lichtfleckes sehr klein sein. Zu diesem Zweck wird im allgemeinen die numerische Apertur des Objektivs groß gewählt und wird eine Lichtquelle mit einer kurzen Wellenlänge verwandt. Bei der Verwendung einer Lichtquelle mit kurzer Wel­ lenlänge ist jedoch die Schräglagetoleranz der Platte bezüglich der optischen Achse gering. Diese geringe Schräglagetoleranz kann dadurch erhöht werden, daß die Stärke der Platte verklei­ nert wird.

Wenn der Schräglagewinkel der Platte θ beträt, dann ergibt sich die Größe des Komaaberrationskoeffizienten W₃₁ wie folgt:

wobei d und n die Stärke und den Brechungsindex der Platte je­ weils wiedergeben. Aus der obigen Beziehung ergibt sich, daß der Komaaberrationkoeffizient proportional zur dritten Potenz der numerischen Apertur NA ist. Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die numerische Apertur NA des Objektivs, das für eine her­ kömmliche Compact Disc CD benötigt wird, gleich 0,45 und für eine herkömmliche digitale Bildplatte oder eine digitale Viel­ seitigkeitsplatte DVD gleich 0,6 (wegen der höheren Informa­ tionsdichte) ist, hat die DVD einen Komaaberrationskoeffizien­ ten, der etwa 2,34 mal so groß wie der einer CD mit gleicher Stärke für einen gegebenen Schräglagewinkel ist. Die maximale Schräglagetoleranz einer DVD ist somit um etwa die Hälfte klei­ ner als die eine herkömmlichen CD. Damit die maximale Schräg­ lagetoleranz einer DVD mit der einer CD konform geht, sollte die Stärke d der DVD herabgesetzt werden.

Eine derartige Platte mit geringerer Stärke, die eine Lichtquelle mit kürzerer Wellenlänge (hohe Dichte) verwendet, d. h. eine DVD kann jedoch bei einer Aufzeichnungs- und Wieder­ gabevorrichtung wie beispielsweise einem Plattenantrieb für eine herkömmliche CD, die eine Lichtquelle mit längerer Wellenlänge verwendet, nicht verwandt werden, da eine Platte, die keine Standardstärke hat, durch eine sphärische Aberration in einem Maß beeinflußt wird, das dem Unterschied in der Plattenstärke gegenüber der Stärke einer normalen Platte entspricht. Wenn die sphärische Aberration extrem zunimmt, dann hat der auf der Plat­ te gebildete Fleck nicht die Lichtintensität, die zum Aufzeichnen einer Information benötigt wird, was eine genaue Informationsaufzeichnung unmöglich macht. Während der Wiedergabe der Information ist weiterhin das Signal/Rauschverhältnis so niedrig, daß die aufgezeichnete Information nicht genau wieder­ gegeben werden kann.

Es wird daher eine optische Aufzeichnungs- und Wiedergabe­ vorrichtung benötigt, die mit einer Lichtquelle mit kurzer Wel­ lenlänge von beispielsweise 650 nm arbeitet und mit Platten mit verschiedener Stärke wie beispielsweise CD oder DVD kompatibel ist.

Zu diesem Zweck werden gegenwärtig Forschungen und Entwick­ lungen an Vorrichtungen durchgeführt, die eine Information auf zwei Plattenarten mit verschiedener Stärke mittels einer ein­ zigen optischen Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung auf­ zeichnen und wiedergeben können, die mit einer Lichtquelle kür­ zerer Wellenlänge arbeitet. Linseneinrichtungen, die eine Kom­ bination einer Hologrammlinse und einer Brechungslinse verwen­ den, sind beispielsweise in JP-OS-7-98431 vorgeschlagen worden.

Die Fig. 1 und 2 der zugehörigen Zeichnung zeigen die Fokussierung von Beugungslicht nullter Ordnung und erster Ord­ nung auf Platten 3a und 3b, die jeweils verschiedene Stärken haben. In jeder Figur sind ein Hologrammlinse 1, die mit einem Muster 11 versehen ist, und eine Brechungsobjektivlinse 2 im Lichtweg vor den Platten 3a und 3b vorgesehen. Das Muster 11 beugt einen Lichtstrahl 4 von einer nicht dargestellten Licht­ quelle, der durch die Hologrammlinse 1 geht, um dadurch das hindurchgehende Licht in Beugungslicht 41 erster Ordnung und Beugungslicht 40 nullter Ordnung aufzuteilen, das jeweils an einer anderen Stelle der optischen Achse mit einer anderen In­ tensität durch die Objektivlinse 2 fokussiert wird. Die beiden verschiedenen Fokussierungspunkte sind die geeigneten Fokussie­ rungspunkte auf der dickeren Platte 3b und der dünneren Platte 3a jeweils, so daß Datenlese- und -schreibvorgänge bezüglich Platten mit verschiedenen Stärken möglich sind.

Bei der Verwendung eines derartigen Linsensystems setzt jedoch die Trennung des Lichtes in zwei Lichtstrahlen, nämlich Licht erster Ordnung und Licht zweiter Ordnung durch die Holo­ grammlinse 1 den Nutzungsgrad des tatsächlich verwandten Lichtes (reflektiert und teilweise zweimal gebeugt, erste Ordnung) auf etwa 15% herab. Da weiterhin während des Lesevorgangs die In­ formation von nur einem der Lichtstrahlen getragen wird, während der andere Lichtstrahl keine Information trägt, wird der Licht­ strahl, der keine Information trägt, als Rauschen oder Störung erfaßt. Die Herstellung einer derartigen Hologrammlinse macht darüber hinaus einen Arbeitsvorgang mit hoher Genauigkeit beim Ätzen eines feinen Hologrammusters erforderlich, was die Her­ stellungskosten erhöht.

Fig. 3 der zugehörigen Zeichnung zeigt schematisch eine weitere herkömmliche optische Aufzeichnungs- und Wiedergabevor­ richtung, die in der US-PS 5 281 797 beschrieben ist. Diese Vorrichtung enthält eine variable Blende 1a zum Ändern des Öff­ nungsdurchmessers, so daß Daten auf eine Platte mit Licht län­ gerer Wellenlänge sowie auf eine Platte mit Licht kürzerer Wel­ lenlänge aufgezeichnet werden können, wobei die Platten jedoch die gleiche Stärke haben, und die Information davon wiedergege­ ben werden kann. Die variable Blende 1a ist zwischen einer Ob­ jektivlinse 2 und einer Sammellinse 5 angeordnet. Die variable Blende 1a steuert einen von einer Lichtquelle 9 ausgesandten Lichtstrahl 4, der über einen Strahlteiler 6 übertragen wird, indem sie in passender Weise die Fläche des Strahldurchgangs­ bereiches, d. h. die numerische Apertur NA einstellt. Die diame­ trale Apertur der variablen Blende 1a wird nach Maßgabe der Fleckgröße eingestellt, die für die benutzte Platte benötigt wird derart, daß der Strahl 4a des mittleren Bereiches immer durchgelassen wird, jedoch selektiv der Strahl 4b des Randberei­ ches durchgelassen oder blockiert wird. In Fig. 3 sind weiter hin eine Fokussierungslinse 7 und ein Photodetektor 8 darge­ stellt.

Wenn bei der Vorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau die variable Blende von einer mechanischen Blende gebildet ist, ändert sich deren konstruktive Resonanzcharakteristik in Abhän­ gigkeit von der effektiven Öffnung der Blende. Die Montage der Blende an einem Betätigungsglied zum Betreiben der Objektivlinse ist in der Praxis schwierig. Um dieses Problem zu beseitigen, können Flüssigkristalle zur Bildung der Blende benutzt werden. Das behindert jedoch im starken Maße die Ausbildung der Anord­ nung im Kleinformat, beeinträchtigt die Wärmebeständigkeit und Dauerhaftigkeit und erhöht die Herstellungskosten.

Als Alternative kann auch eine separate Objektivlinse für jede Platte vorgesehen werden, so daß eine bestimmte Objektiv­ linse für eine bestimmte Platte benutzt wird. Da in diesem Fall eine Antriebseinrichtung zum Wechseln der Linse benötigt wird, wird der Aufbau kompliziert und nehmen die Herstellungskosten entsprechend zu.

Durch die Erfindung soll daher eine optische Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung geschaffen werden, die unter geringen Kosten und problemlos hergestellt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll darüber hinaus eine höheren Lichtausnutzungsgrad haben und kleine Lichtstrahlflecken bilden können.

Dazu umfaßt die erfindungsgemäße optische Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung eine Lichtquelle, eine Objektivlinse, die im Lichtweg von der Lichtquelle angeordnet ist, einer Platte zugewandt ist und einen bestimmten effektiven Durchmesser hat, ein Lichtteilungselement, das im Lichtweg zwischen der Objektiv­ linse und der Lichtquelle vorgesehen ist, und einen Photodetek­ tor, der das vom Lichtteilungselement abgeteilte und von der Platte reflektierte Licht erfaßt.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung beson­ ders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher be­ schrieben. Es zeigen

Fig. 1 und 2 schematische Ansichten einer herkömmlichen optischen Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung mit einer Hologrammlinse, wobei die Zustände dargestellt sind, in denen ein Lichtstrahl auf eine dünne und auf eine dicke Platte jeweils fokussiert ist,

Fig. 3 schematisch eine weitere herkömmliche optische Auf­ zeichungs- und Wiedergabevorrichtung,

Fig. 4 schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen optischen Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung,

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen acht Segment Photodetek­ tor, der bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwandt wird,

Fig. 6 bis 8 und 9 bis 11 in Draufsichten die Lichtem­ pfangsverteilung des Photodetektors, die durch die Positionie­ rung einer Objektivlinse bezüglich einer dünnen Platte und einer dicken Platte jeweils gebildet wird, und

Fig. 12 in einer graphischen Darstellung ein Fokussierungs­ signal, das vom Photodetektor in Fig. 5 erhalten wird.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung wird unter den Licht­ strahlen, die auf den Photodetektor fallen, der Lichtstrahl um die mittlere Achse des Lichtweges, d. h. das Licht des Zwischen­ bereiches zwischen den Nah- und Fernachsenbereichen (mit vielen Komponenten des sphärischen Aberration) blockiert oder abge­ schirmt, so daß das Licht mit wenigerer Komponenten der sphäri­ schen Aberration den Photodetektor erreicht, wodurch das Fokus­ sierungssignal stabilisiert wird. In dieser Weise kann ein Plat­ tenantrieb mit niedrigen Kosten problemlos hergestellt werden, der kompatibel mit Platten verschiedener Stärke beispielsweise mit einer CD mit einer Stärke von 1,2 mm oder einer Digitalbild­ platte mit einer Stärke von 0,6 mm verwandt werden kann.

Fig. 4 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung, wobei in Fig. 4 die Lichtfokussie­ rungszustände bei einer dünnen und bei einer dicken Platte mit­ einander verglichen sind.

In Fig. 4 sind eine dünne Platte 300a (beispielsweise eine digitale Bildplatte mit einer Stärke von 0,6 mm) und eine dicke Platte 300b (beispielsweise eine CD mit einer Starke von 1,2 mm) jeweils dargestellt.

Eine gemeinsame Objektivlinse 200 befindet sich vor der digitalen Bildplatte 300a oder der CD 300b. Die Objektivlinse 200, die einen bestimmten effektiven Durchmesser hat, fokussiert einfallendes Licht 400 von einer Lichtquelle 900 auf die Platte 300a oder 300b oder empfängt das von der Platte 300a oder 300b reflektierte Licht. Ein Strahlteiler 700 zum Ablenken des Lich­ tes von der Lichtquelle 900 in die Objektivlinse 200 und zum Übertragen des von der Platte 300a oder 300b reflektierten Lich­ tes ist zwischen der Objektivlinse 200 und der Lichtquelle 900 vorgesehen. Ein Photodetektor 820 ist an der Rückseite einer Empfangslinse 800 vorgesehen.

Der Photodetektor 820 hat die folgenden Aufbaumerkmale.

Der Photodetektor 820 ist, was seinen Gesamtaufbau anbe­ trifft, quadratisch. Ein erster Erfassungsbereich 821, der in vier Teile unterteilt ist, ist in der Mitte angeordnet und ein zweiter Erfassungsbereich 822, der in vier Teile unterteilt ist, ist um den ersten Erfassungsbereich 821 herum angeordnet. Der erste Erfassungsbereich 821 enthält vier quadratische Lichter­ fassungselemente A1, B1, C1, D1 und der zweite Lichterfassungs­ bereich 822 enthält vier L-förmige Lichterfassungselemente A2, B2, C2, und D2.

Der erste Erfassungsbereich 821 ist groß genug, um alle einfallenden Lichtstrahlen aufzufangen, wenn sich die Objektiv­ linse 200 in einer fokussierten Stellung bezüglich der dünnen Platte, d. h. beispielsweise der digitalen Bildplatte 300a befin­ det. Der zweite Erfassungsbereich 822 empfängt das Licht, das dem durch einen Astigmatismus erweiterten Bereich entspricht, wenn die Objektivlinse 200 nicht fokussiert ist. Wenn insbeson­ dere die Objektivlinse 200 bezüglich der dicken Platte 300b fokussiert ist, dann ist der zweite Erfassungsbereich 822 so groß wie ein äußeres Quadrat, daß tangential bezüglich des Lichtverteilungsbereiches gezeichnet wird. Das wird zum besseren Verständnis im folgenden anhand der Fig. 6 bis 12 beschrie­ ben.

Fig. 6 zeigt die Lichtverteilung für den Fall, daß die Objektivlinse 200 genau bezüglich der dünnen Platte 300a fokus­ siert ist. Der Lichtverteilungsbereich 820a des Photodetektors 820 tangiert innen den ersten Erfassungsbereich 821.

Fig. 7 zeigt die Lichtverteilung für den Fall, daß die Objektivlinse 200 bezüglich der dünnen Platte 300a im fernfokus­ sierten Zustand ist. Wie es in Fig. 7 dargestellt ist, ist dann der Lichtverteilungsbereich 820b horizontal langgestreckt, so daß er durch die horizontalen Lichtempfangselemente B2, B1, A1, C1, D1 und D2 hindurchgeht.

Fig. 8 zeigt die Lichtverteilung für den Fall, daß die Objektivlinse 200 bezüglich der dünnen Platte 300a im nahfokus­ sierten Zustand ist. Wie es in Fig. 8 dargestellt ist, ist dann der Lichtverteilungsbereich 820c vertikal langgestreckt, so daß er durch die vertikalen Lichtempfangselemente A2, A1, B1, D1, C1 und C2 hindurchgeht.

Wenn gemäß Fig. 9 die Objektivlinse 200 genau bezüglich der dicken Platte 300b fokussiert ist, dann tangiert der Lichtver­ teilungsbereich 820d außen den zweiten Erfassungsbereich 822.

Wenn gemäß Fig. 10 die Objektivlinse 200 bezüglich der dicken Platte 300b im fernfokussierten Zustand ist, dann ist der Lichtverteilungsbereich 820e horizontal langgestreckt, so daß er durch die horizontalen Lichtempfangselemente B2, B1, A1, C1, D1 und D2 hindurchgeht.

Wenn gemäß Fig. 11 die Objektivlinse 200 im nahfokussierten Zustand bezüglich der dicken Platte 300b ist, dann ist der Lichtverteilungsbereich 820f vertikal langgestreckt, so daß er durch die vertikalen Lichtempfangselemente A2, A1, B1, D1, C1 und C2 hindurchgeht.

Wie es oben beschrieben wurde, erreicht nur das achsennahe Licht mit geringer sphärischer Aberration den ersten Erfassungs­ bereich 821.

Wenn bei der Arbeit der optischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Information auf eine dünne Platte (digitale Bildplatte) 300a aufgezeichnet oder von dieser wieder­ gegeben wird, dann werden Signale benutzt, die vom ersten und vom zweiten Erfassungsbereich 821 und 822 erzeugt werden. Bei der Verwendung einer dünnen Platte ist das Fokussierungsfehler­ signal somit gleich A1 + A2 + C1 + C2 - B1 - B2 - D1 - D2. Wenn eine Information von einer dicken Platte wiedergegeben wird oder auf eine derartige Platte aufgezeichnet wird, dann wird nur das Signal vom ersten Erfassungsbereich 821 und nicht vom zweiten Erfassungsbereich 822 benutzt. Bei einer dicken Platte ist das Fokussierungsfehlersignal somit gleich A1 + C1 - B1 - D1.

Fig. 12 zeigt eine graphische Darstellung zum Vergleich der Fokussierungssignale S1 und S2, die aus dem Signal erhalten werden, das von einem Erfassungsbereich 821 mit einer Breite von 60 µm und 90 µm jeweils erfaßt wurde, mit einem Fokussierungssig­ nal S3, das von allen Signalen erhalten wurde, die vom ersten und vom zweiten Erfassungsbereich 821 und 822 mit einer Breite von 160 µm erfaßt wurden, wenn eine dicke Platte benutzt wird. Wenn somit bei einer dicken Platte 300b der erste Erfassungs­ bereich 821 verwandt wird, kann ein stabileres Fokussierungs­ signal S1 verglichen mit den Fall erhalten werden, in dem sowohl der erste als auch der zweite Erfassungsbereich 821 und 822 benutzt werden. Bei einer dicken Platte wird darüber hinaus das Fernachsenlicht mit größerer sphärischer Aberration weit im zweiten Erfassungsbereich 822 verteilt. Das Fokussierungsignal nimmt somit zu und die Symmetrie für die Fokussierungsrichtung kann beibehalten werden.

Wie es oben beschrieben wurde, werden bei der erfindungs­ gemäßen optischen Vorrichtung zum Lesen einer Information von zwei Platten mit verschiedener Stärke ein Lichtsteuerfilm und ein acht Segment Photodetektor verwandt, so daß nur das achsen­ nahelicht am Photodetektor empfangen wird, wenn die Information von einer dicken Platte gelesen wird, während das achsennahe und das achsenferne Licht im Photodetektor empfangen werden, wenn die Information von einer dünnen Platte gelesen wird. Der Photo­ detektor ist in acht Teile unterteilt, wobei jeder Erfassungsbe­ reich in vier Teile unterteilt ist. Die Anzahl der Teile kann je nach Bedarf erhöht werden. Bei einer dicken Platte wird somit ein Signal erhalten, das dem achsennahen Bereich entspricht. Wenn die dünne Platte benutzt wird, wird ein relativ stabiles Signal erhalten, das beiden Bereichen d. h. dem achsennahen und dem achsenfernen Bereich entspricht.

Wie es oben beschrieben wurde, verwendet die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Lichtsperr- oder -streu­ einrichtung, die einfach und leicht herzustellen ist, d. h. einen lichtstreuenden Film, der auf einem transparenten Element vor­ gesehen ist, oder eine lichtblockierende oder lichtstreuende Rille, die auf der Objektivlinse ausgebildet ist, wohingegen die herkömmliche Vorrichtung eine komplizierte und mit hohen Kosten verbundene Hologrammlinse verwendet. Da weiterhin das Licht genutzt wird, ohne durch eine Hologrammlinse aufgeteilt zu wer­ den, hat die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen höheren Lichtausnutzungsgrad.

Claims (4)

1. Optische Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung mit
einer Lichtquelle (900),
einer Objektivlinse (200), die im Lichtweg der Lichtquelle (900) und der Ebene einer Platte (300a, b) zugewandt angeordnet ist und einen bestimmten effektiven Durchmesser hat,
einem Lichtteiler (700), der zwischen der Objektivlinse (200) und der Lichtquelle (900) vorgesehen ist, und
einem Photodetektor (820) zum Erfassen des Lichtes, das vom Lichtteiler (700) abgeteilt und von der Platte (300a, 300b) reflektiert wurde, dadurch gekennzeichnet, daß der Photodetektor (820) einen ersten Erfassungsbereich (821) und einen zweiten Erfassungsbereich (822) aufweist, der am Umfang des ersten Erfassungsbereiches (821) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Erfassungsbereich (821) so groß ist, daß er das ein­ fallende Licht der achsennahen und achsenfernen Bereiche ab­ deckt, wenn eine dünne Platte (300a) abgetastet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Erfassungsbereich (821, 822) des Photo­ detektors (820) jeweils in vier Teile unterteilt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Photodetektor (820) quadratisch ist.