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DE69724541T2 - Optische abtastvorrichtung und optisches aufzeichnungsgerät - Google Patents

Optische abtastvorrichtung und optisches aufzeichnungsgerät Download PDF

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DE69724541T2
DE69724541T2 DE69724541T DE69724541T DE69724541T2 DE 69724541 T2 DE69724541 T2 DE 69724541T2 DE 69724541 T DE69724541 T DE 69724541T DE 69724541 T DE69724541 T DE 69724541T DE 69724541 T2 DE69724541 T2 DE 69724541T2
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DE
Germany
Prior art keywords
laser beam
optical
laser
optical pickup
light
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
DE69724541T
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English (en)
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DE69724541D1 (de
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Shojiro Suwa-shi KITAMURA
Katsumi Suwa-shi MORI
Takayuki Suwa-shi KONDO
Takeo Suwa-shi KANEKO
Toshio Suwa-shi ARIMURA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Publication of DE69724541T2 publication Critical patent/DE69724541T2/de
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Aufnehmer und ein optisches Aufzeichnungssystem zur Durchführung eines Prozesses wie einen Aufzeichnungsprozess nach oder einen Wiedergabeprozess von einem optischen Aufzeichnungsmedium wie z. B. einer optischen Speicherplatte.
  • Als optische Speicherplatte, die seit kurzem verfügbar ist, ist eine Compact Disk (CD) auf Basis der CD-Standards bekannt. Das Substrat der CD hat eine Dicke von 1,2 mm und der Spurabstand auf der Oberfläche des Substrats zum Aufzeichnen von Informationen beträgt 1,6 μm. Zur Wiedergabe der CD wird ein optischer Aufnehmer mit einer Laserdiode zum Emittieren eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge von 0,78 μm und einer Objektivlinse mit einer numerischen Apertur von 0.45 verwendet. In den vergangenen Jahren hat es verschiedene Entwicklungen gegeben, um die Aufzeichnungsdichte der optischen Speicherplatte zu erhöhen, und im Rahmen dieser Entwicklungen wurden Untersuchungen bezüglich der Vergrößerung der numerischen Apertur der Objektivlinse angestellt. Wird die numerische Apertur der Objektivlinse vergrößert, verbessert sich die optische Auflösung. Aus diesem Grund kann die lineare Aufzeichnungsdichte auf der optischen Speicherplatte erhöht und der Abstand der Aufzeichnungsspuren verringert werden. Die Aufzeichnungsdichte kann deshalb erheblich erhöht werden.
  • Wird die numerische Apertur der Objektivlinse vergrößert, tritt jedoch das Phänomen der Aberration eines von der Objektivlinse fokussierten Lichtflecks auf. Genauer gesagt tritt aufgrund des Axialfehlers der optischen Speicherplatte und des Axialfehlers des Drehtisches, auf dem die optische Speicherplatte angebracht und gedreht wird, eine Neigung (das so genannte Kippen) der optischen Speicherplatte und der Objektivlinse auf, und aufgrund dieses Kippens tritt in diesem Lichtfleck eine Komaaberration auf. Aus diesem Grund wird die Fokussierfähigkeit nur durch Vergrößern der numerischen Apertur nicht verbessert und es kann keine optische Speicherplatte mit einer hohen Aufzeichnungsdichte verwirklicht werden.
  • Deshalb werden Überlegungen angestellt, dass eine Verringerung der Substratdicke der optischen Speicherplatte die Verstärkung der numerischen Apertur der Objektivlinse gestattet, während eine Verschlechterung der Aberration (Komaaberration) verursacht durch Kippen verhindert wird. Auf Basis dieser Überlegungen werden Fortschritte in der Standardisierung hochdichter optischer Speicherplatten erzielt. Einer der Standards ist der Standard einer digitalen Bildplatte (digital video disk – DVD). In diesem DVD-Standard werden die Dicke der optischen Platte mit 0,6 mm und der Spurabstand mit 0,74 μm festgesetzt. Bei dieser DVD erfolgt eine Aufzeichnungs- oder Wiedergabeoperation durch Verwendung eines optischen Aufnehmers zum Abstrahlen eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge von 0,65 μm oder 0,635 μm durch eine Objektivlinse mit einer numerischen Apertur von 0.6.
  • Wird die optische Speicherplatte mit einem dünnen Substrat auf Basis dieses Standards verwendet, kann die Aufzeichnungsdichte erhöht werden. Da jedoch die Objektivlinse des optischen DVD-Aufnehmers für eine dünne optische Platte geeignet ausgelegt ist, nimmt die sphärische Aberration zu, wenn die Objektivlinse für eine optische Speicherplatte mit herkömmlichem dicken Substrat verwendet wird, wodurch die Abbildungsqualität verschlechtert wird. Der optische DVD-Aufnehmer kann deshalb keine Aufzeichnungs-/Wiedergabeoperation mit einer CD durchführen. Mit Weiterentwicklungen sollten die obigen Nachteile vermieden werden. Ein Ansatz geht dahin, dass ein vom optischen Aufnehmer emittierter Laserstrahl geteilt und zu zwei Brennpunkten konvergiert wird, so dass optische Speicherplatten mit unterschiedlicher Dicke eingesetzt werden können. Die JP-A-7-65407 z. B. beschreibt die folgende Technik. Ein von einer Laserdiode emittierter Lichtfluss wird durch Hinzufügen eines Prismas oder eines Hologramms zu einem optischen System geteilt und die Lichtflüsse werden durch verschiedene optische Längen konvergiert, wodurch zwei Strahlflecke gebildet werden. In der JP-A-7-98431 wird eine Verbund-Objektivlinse gebildet, indem eine Ablenkobjektivlinse und eine Hologrammlinse zur Bildung von zwei Strahlflecken kombiniert werden.
  • Beim oben beschriebenen optischen Aufnehmer wird jedoch ein Laserstrahl in zwei zu konvergierende Strahlflecke geteilt, um optische Platten mit unterschiedlicher Dicke verarbeiten zu können. Dadurch werden die Energien der auf die entsprechenden Strahlflecken konvergierten Strahlen verringert. Da die Intensität eines von der optischen Platte reflektierten Strahls abnimmt, muss deshalb die Empfindlichkeit der Lichtzelle erhöht werden oder es muss eine Laserdiode mit höherer Laserausgangsleistung eingesetzt werden. Dadurch nehmen die Größe und die Leistungsaufnahme des optischen Aufnehmers zu, wie auch seine Herstellungskosten ansteigen. Da eine optische Speicherplatte mit einer hohen Aufzeichnungsdichte einen Fokusservo oder Spurservo mit höherer Präzision erfordert, benötigt ein großer optischer Aufnehmer eine hohe Leistung, um einen Fokussierfehler oder Spurfehler zu beseitigen, und die Größe eines Stellelements zur Durchführung dieser Servooperationen nimmt ebenfalls zu. Aus diesem Grund hat der optische Aufnehmer mit zwei Brennpunkten und großer Baugröße eine hohe Leistungsaufnahme. Ein optisches Aufzeichnungssystem, in dem der optische Aufnehmer eingesetzt ist, ist deshalb ebenfalls groß und teuer und die Leistungsaufnahme des optischen Aufzeichnungssystems ist höher.
  • Da der herkömmliche optische Aufnehmer, bei dem zwei Brennpunkte stets durch die Objektivlinse gebildet werden, immer zwei durch die Objektivlinse konvergierte Strahlpunkte hat, kann beispielsweise bei Durchführung einer Fokussieroperation mit einer dicken optischen Platte die Fokussieroperation fälschlich mit einem Strahlfleck für die Wiedergabe auf einer dünnen optischen Speicherplatte erfolgen. Deshalb muss zusätzlich ein Mechanismus zur Kontrolle oder Verhinderung einer Fokussieroperation mit einem Strahlfleck bei der Wiedergabe einer dünnen optischen Speicherplatte angeordnet werden. Ist ferner eine dicke optische Speicherplatte wiederzugeben, gibt es einen Strahlfleck zur Wiederhabe einer dünnen optischen Speicherplatte, der gestreut wird, da der Strahlfleck nicht auf der Aufzeichnungsoberfläche der optischen Speicherplatte fokussiert wird, und die Strahlflecke können schließlich als Streustrahlen auf Lichtzellen auftreffen, was zu einer Signalerkennung in Form von Rauschen führt. Aus diesen Gründen ist ein Fokusdarstellungsmechanismus kompliziert und bewirkt eine Zunahme der Größe und Kosten des optischen Aufnehmers, und darüber hinaus sind Maßnahmen gegen eine Fehloperation oder Streustrahlen zu ergreifen.
  • Diese Maßnahmen sind ein weiterer Faktor, der zur Erhöhung der Größe und Kosten des optischen Aufnehmers beiträgt.
  • Durch die Anwendung herkömmlicher Techniken können natürlich Laserstrahlquellen und optische Elemente, die für eine optische Speicherplatte mit niedriger Aufzeichnungsdichte bzw. eine optische Speicherplatte mit hoher Aufzeichnungsdichte geeignet sind, unabhängig voneinander angeordnet werden. Ein derartiger optischer Aufnehmer benötigt jedoch eine große Anzahl unabhängiger Laserstrahlquellen und optischer Element und seine Größe nimmt zu bzw. seine Kosten werden noch höher.
  • Ein optischer Aufnehmer gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 wird in der JP-A-06-259804 offenbart. Die zwei Typen des Laserstrahls unterscheiden sich in ihren Strahlungswinkeln, wodurch verschiedene Werte der effektiven numerischen Apertur des optischen Elements erzielt werden.
  • Die JP-A-07-192291 offenbart, dass sowohl eine als Lichtquelle eines Aufnehmerkopfes dienende Laserdiode als auch eine zur Lichterkennung dienende Fotodiode auf demselben Substrat unter Anwendung einer Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslaserstruktur ausgebildet werden können.
  • Die EP-A-0 742 554 (Stand der Technik gemäß Art. 54(3) EPÜ) offenbart eine Auslesevorrichtung für eine optische Speicherplatte mit einem optischen System, das einen Laserstrahl auf eine Signalaufzeichnungsoberfläche einer geladenen Platte durch ein Objektiv und einen reflektierten Laserstrahl auf eine Lichtzelle führt. Die effektive numerische Apertur des Objektivs wird entsprechend dem Abstand zwischen der Substratoberfläche der geladenen Speicherplatte und der Signalaufzeichnungsoberfläche eingeregelt, und der Laserfleck mit einem für die Aufzeichnungsdichte der geladenen Platte geeigneten Durchmesser wird auf ihrer Signalaufzeichnungsoberfläche fokussiert. Deshalb können die auf einer Mehrzahl optischer Speicherplatten mit verschiedenen Dicken aufgezeichneten Daten ausgelesen werden. Die numerische Apertur wird mittels eines Polarisierungsfilters gesteuert, das bewirkt, dass zwei verschiedene Laserstrahlen mit S- bzw. p-polarisiertem Licht zwei verschiedene Strahldurchmesser haben.
  • Als optischer Aufnehmer mit verringerter Baugröße wird ein optischer Aufnehmer, bei dem eine Oberflächenemissionslaseranordnung als Lichtquellen verwendet wird, in der JP-A-7-192291 offenbart. Indem der Vorteil genutzt wird, dass ein Oberflächenemissionslaser in einfacher Weise in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet werden kann, werden Lichtquellen verwendet, bei denen fünf Oberflächenemissionslaser, d. h. ein Oberflächenemissionslaser zur Erkennung eines Informationssignals, zwei Oberflächenemissionslaser zur Erkennung eines Fokussier-Fehlersignals und zwei Oberflächenemissionslaser zur Erkennung eines Spur-Fehlersignals auf einem einzigen Substrat in Form einer Matrix ausgebildet. Mit diesem optischen Aufnehmer soll jedoch nur eine kleine Baugröße erreicht werden, aber er wird nicht zur Wiedergabe optischer Speicherplatten mit unterschiedlicher Dicke oder unterschiedlichem Spurabstand verwendet.
  • Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kompakten optischen Aufnehmer bereitzustellen, der in einfacher Weise gesteuert werden kann und mit dem Strahlflecke geeignet auf optischen Speicherplatten mit hoher bzw. niedriger Aufzeichnungsdichte und unterschiedlicher Dicke gebildet werden können, ohne den Laserstrahl in zwei zu konvergierende Brennpunkte zu teilen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optischen Aufnehmer bereitzustellen, der einen Aufzeichnungs-/Wiedergabeprozess mit optischen Speicherplatten unterschiedlicher Dicke stabil ausführen kann, eine geringe Größe, eine einfache Anordnung, eine niedrige Leistungsaufnahme hat und der zu niedrigen Kosten angeboten werden kann.
  • Diese Aufgaben werden von einem optischen Aufnehmer gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei einem optischen Aufnehmer gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Lichtquelle zum Emittieren von Laserstrahlen, einem optischen Element zum Konvergieren der Laserstrahlen auf einem optischen Aufzeichnungsmedium und Lichtzellen zum Erfassen reflektierter Strahlen, die vom optischen Aufzeichnungsmedium reflektiert werden, werden deshalb Oberflächenemissionslaser, deren Größe verringert werden kann, indem sie in Form eines Feldes bzw. einer Matrix angeordnet werden, als Lichtquelle verwendet, und die Oberflächenemissionslaser stellen Laserstrahlquellen dar, die mindestens zwei Typen Laserstrahlen emittieren können, die die effektiven numerischen Aperturen im optischen Element ändern. Es wird ein optischer Aufnehmer bereitgestellt, der in geeigneter Weise Strahlflecke auf optischen Speicherplatten mit hoher bzw. niedriger Aufzeichnungsdichte und mit unterschiedlicher Dicke bilden kann, ohne dass die betreffenden Laserstrahlen in zwei zu konvergierende Brennpunkte geteilt werden müssen, und der eine geringe Größe hat sowie in einfacher Weise gesteuert werden kann.
  • Als Mittel zur Steuerung der numerischen Apertur eines optischen Elements wird nachstehend ein optischer Aufnehmer, der umschaltbar erste und zweite Laserstrahlen mit unterschiedlichen Strahlungswinkeln verwendet, die von einer ersten bzw. zweiten Laserstrahlquelle emittiert werden, beschrieben. Ein optischer Aufnehmer, bei dem die effektive numerische Apertur einer Objektivlinse durch die Strahlungswinkel der von den Laserstrahlquellen emittierten Laserstahlen geändert werden kann, und der einen Aufzeichnungs-/Wiedergabeprozess mit optischen Aufzeichnungsmedien unterschiedlicher Dicke durchführen kann, wird verwirklicht. Genauer gesagt wird eine Laserlichtquelle zum Emittieren eines Laserstrahls mit einem großen Strahlungswinkel gewählt, um einen Prozess mit einem dünnen optischen Aufzeichnungsmedium mit hoher Aufzeichnungsdichte durchzuführen, so dass die effektive numerische Apertur der Objektivlinse vergrößert werden kann. Die Auflösung eines ein optisches Aufzeichnungsmedium bestrahlenden Laserstrahls kann deshalb verbessert werden und ein Aufzeichnungs-/Wiedergabeprozess kann mit hoher Aufzeichnungsdichte durchgeführt werden. Andererseits wird eine Laserlichtquelle zum Emittieren eines Laserstrahls mit einem kleinen Strahlungswinkel für ein dickes optisches Aufzeichnungsmedium mit niedriger Aufzeichnungsdichte gewählt, so dass die effektive numerische Apertur der Objektivlinse gemäß der vorliegenden Erfindung verringert und ein Strahlfleck bis nahezu zum Beugungsgrenzwert auf dem dicken optischen Aufzeichnungsmedium mit niedriger Aufzeichnungsdichte zur Konvergenz gebracht werden kann. Deshalb kann ein Prozess wie Aufzeichnung oder Wiedergabe zuverlässig durchgeführt werden. Ist die numerische Apertur des optischen Elements durch einen Strahlungswinkel begrenzt, wird die Aperturverringerungsrate vorzugsweise auf ca. 50 bis 64% eingestellt. Wird außerdem eine Herstellungs- oder Montagetoleranz bei der Herstellung des optischen Aufnehmers berücksichtigt, ist die Aperturverringerungsrate mehr bevorzugt auf ca. 56 bis 60% einzustellen.
  • Mit dem optischen Aufnehmer gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Prozess mit optischen Aufzeichnungsmedien unterschiedlicher Dicke zuverlässig durchgeführt werden, wenn Laserstrahlquellen mit unterschiedlichen Strahlungswinkeln, die in einer Oberflächenemissionslasermatrix ausgebildet sind, in der eine Mehrzahl Laserstrahlquellen zu niedrigen Kosten umschaltbar verwendet werden. Da außerdem die effektive numerische Apertur einer Objektivlinse durch den Strahlungswinkel gesteuert wird, ist ein optisches Element wie ein Prisma, ein Hologramm oder eine Hologrammlinse zur Steuerung der numerischen Apertur der Objektivlinse nicht erforderlich. Deshalb kann ein kostengünstiger optischer Aufnehmer mit kleinerer Größe verwirklicht werden, der einen Prozess mit optischen Aufzeichnungsmedien unterschiedlicher Dicke durchführen kann. Da weiterhin kein optisches Element neu hinzugefügt zu werden braucht, kann ein kostengünstiges optisches System, das für ein optisches Aufzeichnungsmedium bereits in Verwendung ist und eine ausreichende Leistung erbringt, verwendet werden. Die Anzahl optischer und anderer Teile, die den optischen Aufnehmer bilden, wird geringer und es ist eine einfache optische Justierung möglich. Diesbezüglich kann also ein kostengünstiger und äußerst zuverlässiger optischer Aufnehmer verwirklicht werden, der einen Prozess wie Aufzeichnung und Wiedergabe zuverlässig durchführt. Eine Mehrzahl Laserstrahlquellen lässt sich auf einfache Weise auf der Oberflächenemissionslasermatrix mit geringen Kosten und hoher Präzision durch eine fotolithografische Technik ausbilden, und die Laserstrahlquellen können monolithisch zusammen mit anderen Schaltungselementen, Fotodioden zur Lichterfassung oder Fototransistoren ausgebildet werden. Auch aus diesem Grund kann ein kompakter und kostengünstiger optischer Aufnehmer verwirklicht werden.
  • Als Laserstrahlquellen mit unterschiedlichen Strahlungswinkeln wie bei der obigen Anordnung können Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslaserdioden verwendet werden, in denen ein Paar reflektierender Schichten, eine Mantelschicht, eine aktive Schicht und ein Paar Metallschichten zumindest in Emissionsrichtung der Laserstrahlen zur Bildung eines optischen Resonators gestapelt sind, und eine große Anzahl Laserstrahlquellen lässt sich auf einer kleinen Fläche anordnen. Der Strahlungswinkel kann durch die Ausbildung von Mikrolinsen mit unterschiedlichem Brechungsvermögen auf der reflektierenden Schicht an der Seite, an der der Laserstrahl emittiert wird, eingestellt werden.
  • Da des Weiteren eine Mehrzahl Laserstrahlquellen in einfacher Weise auf der Oberflächenemissionslasermatrix ausgebildet werden kann, kann ein Prozess mit optischen Aufzeichnungsmedien unterschiedlicher Aufzeichnungsdichte, d. h. unterschiedlichen Spurabständen, durchgeführt werden, wenn eine erste Gruppe Laserstrahlquellen, in der mindestens drei Laserstrahlquellen zum Abstrahlen erster Laserstrahlen ausgerichtet sind, und eine zweite Gruppe Laserstrahlquellen, in der mindestens drei Laserstrahlquellen zum Abstrahlen zweiter Laserstrahlen ausgerichtet sind, gebildet werden, indem das Drei-Strahlen-Verfahren angewendet wird, mit dem ein Spurservo mit hoher Präzision bei einer einfachen Anordnung möglich ist. Da ein dünnes optisches Aufzeichnungsmedium mit hoher Aufzeichnungsdichte einen kleinen Spurabstand hat, kann eine Laserstrahlquellengruppe, in der die Laserstrahlquellen in einem zweiten Rasterabstand L2 entsprechend dem kleinen Spurabstand angeordnet sind, verwendet werden. Da ein dickes optisches Aufzeichnungsmedium mit niedriger Aufzeichnungsdichte einen großen Spurabstand hat, kann eine Laserstrahlquellengruppe, in der die Laserstrahlquellen in einem ersten Rasterabstand L1 ungleich dem zweiten Rasterabstand L2 und entsprechend dem großen Spurabstand angeordnet sind, verwendet werden.
  • Durch Verwenden einer Oberflächenemissionslasermatrix, in der eine Mehrzahl Laserstrahlquellen durch eine fotolithografische Technik ausgebildet werden kann, lassen sich die erste und die zweite Gruppe Laserstrahlquellen in einfacher Weise und mit geringen Kosten ausformen. Deshalb ist kein Gitter zum Erzeugen von drei Strahlen erforderlich, und ein optischer Aufnehmer mit einfacher Anordnung und hoher Präzision kann verwirklicht werden. Wird ein Strahl durch ein Gitter geteilt, müssen außerdem Gitter auf den optischen Speicherplatten mit unterschiedlicher Dicke angeordnet werden. Da jedoch diese Anordnung nicht verwirklicht werden kann, muss ein anderes Verfahren der Spurfehlererkennung bei einer optischen Speicherplatte angewendet werden, und ein optischer Aufnehmer ist kompliziert und teuer. Obwohl ein anderes Verfahren als das Drei-Strahlen-Verfahren natürlich für beide optischen Speicherplatten angewendet werden kann, dürften ein Signaldetektorelement und eine Verarbeitungsschaltung komplexer sein als die beim Drei-Strahlen-Verfahren verwendeten Elemente. Werden diese erste und zweite Gruppe Laserstrahlquellen parallel zueinander ausgebildet, kann das Drei-Strahlen-Verfahren auf beide optischen Speicherplatten mit unterschiedlicher Dicke angewendet werden, und Lichtzellen zur Erfassung des Lichts können für beide optischen Speicherplatten verwendet werden. Andererseits sind die ersten und zweiten Laserstrahlquellen in verschiedenen Abständen vor und hinter der Laserstrahlquelle, die eine Polarisierungsrichtung steuern kann, angeordnet, so dass die ersten und zweite Gruppe Laserstrahlquellen in derselben Reihe angeordnet werden können.
  • Um ein Intervall zwischen konvergierenden Flecken eines Haupt- und eines Teilstrahls beim Drei-Strahlen-Verfahren auf der Aufzeichnungsschicht einer optischen Speicherplatte auf einem geeigneten Wert von ca. 15 μm oder darunter einzustellen und den Abstand der Laserstrahlquellen auf ca. 30 μm oder darüber zu halten, wobei es sich hier um einen Mindestabstand handelt, in dem die Laserstrahlquellen auf der Oberflächenemissionslasermatrix ausgebildet werden können, wird eine Verstärkung m des optischen Elements vorzugsweise innerhalb des nachstehenden Bereichs eingestellt: m × (L2/L1) ≥ 2; (A)wobei L2 < L1.
  • In Anbetracht der Fertigungseinrichtungen zur Herstellung einer Oberflächenemissionslasermatrix ist die Verstärkung m mehr bevorzugt innerhalb des nachstehenden Bereichs einzustellen: m × (L2/L1) ≥ 8/3; (B)
  • Ist ferner eine Beugungseinheit zum Beugen der reflektierten Strahlen von einer optischen Speicherplatte in Licht ±1. Ordnung auf um Lichtquellen herum angeordnete Lichtzellen auf dem opti schen Element angeordnet, können die Laserstrahlquellen und die Lichtzellen auf demselben Substrat ausgebildet werden, und die Oberflächenemissionslasermatrix kann zusammen mit den Lichtzellen integriert werden. Aus diesem Grund kann ein optischer Aufnehmer, in dem Lichtzellen mit einer Lichtquelle integriert sind, verwirklicht werden. Deshalb können einige Schritte wie der Positionsjustierungsschritt, der zur Montage eines optischen Aufnehmers erforderlich war, entfallen und ein kompakter optischer Hochleistungsaufnehmer kann mit geringen Kosten bereitgestellt werden.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist eine schematische Ansicht der Anordnung eines optischen Aufnehmers.
  • 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines im optischen Aufnehmer von 1 verwendeten Polarisators in Blickrichtung der optischen Achse.
  • 3 sind Graphen, die die Durchmesseränderung eines von einer Objektivlinse auf der Aufzeichnungsoberfläche einer CD (3(a)) gebildeten konvergenten Flecks, die Änderung der Wellenaberration des konvergenten Fleckens (3(b)) und das durch Messung eines Jitterwertes eines 3T-Signals entsprechend dem kürzesten Pit (3(e)) erhaltene Ergebnis darstellen, wenn die CD unter Änderung des Durchmessers des transparenten Abschnitts des Polarisators zur Änderung der effektiven numerischen Apertur wiedergegeben wird.
  • 4 ist eine Ansicht des Konvergenzzustands eines reflektierten Strahls im scharf eingestellten Zustand des in 7 dargestellten optischen Aufnehmers.
  • 5 ist eine Ansicht des Konvergenzzustands eines reflektierten Strahls in dem Zustand, in dem sich der in 7 dargestellte optische Aufnehmer nahe an der optischen Speicherplatte befindet.
  • 6 ist eine Ansicht des Konvergenzzustands eines reflektierten Strahls in dem Zustand, in dem sich der in 7 dargestellte optische Aufnehmer fern von der optischen Speicherplatte befindet.
  • 7 ist eine schematische Ansicht der Anordnung eines optischen Aufnehmers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 8 ist eine Ansicht der Oberfläche der integrierten Schaltung in dem in 7 dargestellten optischen Aufnehmer.
  • 9 ist eine Ansicht eines Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslasers, der in dem in 7 dargestellten optischen Aufnehmer verwendet wird.
  • 10 ist eine Draufsicht des in 9 dargestellten Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslasers in Blickrichtung des Laserstrahls.
  • 11 ist eine Ansicht des Zustands, in dem eine Mikrolinse auf dem in 9 dargestellten Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslaser angeordnet ist.
  • 1 zeigt ein Beispiel eines optischen Aufnehmers 2, der einen Aufzeichnungs-/Wiedergabeprozess mit einer dicken optischen Speicherplatte 1a mit niedriger Aufzeichnungsdichte gemäß dem CD-Standard und einer dünnen optischen Speicherplatte 1b mit hoher Aufzeichnungsdichte gemäß dem DVD-Standard durchführen kann, sowie die Anordnung eines optischen Aufzeichnungssystems 17, in dem der optische Aufnehmer 2 verwendet wird. Der optische Aufnehmer 2 dieses Beispiels weist eine integrierte Schaltung 10 auf, in der ein als Lichtquelle dienender Oberflächenemissionslaser 3 und eine Lichtzellenanordnung zur Signalerkennung 4 mit als Lichtzellen dienenden Fotodioden monolithisch auf einem einzigen Substrat (z. B. einem GaAs-Substrat des n-Typs) ausgebildet sind. Ein vom Oberflächenemissionslaser 3 emittierter Laserstrahl 7 wird auf der Aufzeichnungsschicht einer optischen Speicherplatte 1 durch ein Hologramm 6, ein polarisierungsabhängiges optisches Element (Polarisator) 9 und eine ein optisches Element 15 des optischen Aufnehmers 2 nach diesem Beispiels bildende Objektivlinse 5 zur Konvergenz gebracht, und ein von der Aufzeichnungsschicht reflektierter Strahl 8 verläuft wieder durch das optische Element 15, um auf den Lichtzellen zur Konvergenz gebracht zu werden. Der mit einer von einer Lasersteuerung 11 bestimmten Polarisierungsrichtung emittierte Laserstrahl 7 passiert das Hologramm 6 und wird auf der Aufzeichnungsschicht der optischen Speicherplatte 1 durch die Objektivlinse 5 zur Konvergenz gebracht. Der von der Aufzeichnungsschicht der optischen Speicherplatte 1 reflektierte Strahl 8 trifft über denselben optischen Weg wie oben beschrieben auf die Objektivlinse 5, wird vom Hologramm 6 gebeugt und die Strahlen der ±1. Ordnung des gebeugten reflektierten Strahl werden auf der Lichtzellenanordnung 4 der integrierten Schaltung 10 so zur Konvergenz gebracht, dass eine ausgeprägte astigmatische Aberration erzeugt wird. Die von der Lichtzellenanordnung 4 erhaltenen Signale werden von einer Rechenoperationsschaltung 12 einer Rechenoperation unterzogen. Auf Basis des Rechenergebnisses wird der optische Aufnehmer 2 durch ein Stellelement unter Anwendung einer elektromagnetischen Kraft hinsichtlich seiner Position justiert, so dass Spur- oder Fokussierfehler minimiert werden.
  • In der integrierten Schaltung 10 ist der als Laserstrahlquelle LD zum Emittieren eines Laserstrahls dienende Oberflächenemissionslaser 3 in der Mitte oder nahezu in der Mitte angeordnet und in zwei Reihen angeordnete Lichtzellenanordnungen 4a und 4b sind an beiden Seiten des Oberflächenemissionslasers 3 ausgebildet. Elektrodenpaare 32a und 32b sind mit der Laserstrahlquelle LD verbunden. Wie später beschrieben wird, kann die Polarisierungsrichtung des von der Lasterstrahlquelle LD emittierten Laserstrahls 7 gesteuert werden, wenn die Elektroden 32a und 32b von der Lasersteuerung 11 umgeschaltet werden. Hier hat im Allgemeinen ein auf einer optischen Speicherplatte aufgezeichnetes Pit eine lange und schmale Form entlang einer Spurrichtung. Ist die Pitbreite kürzer als die Wellenlänge, hat linear polarisiertes Licht senkrecht zur Längsrichtung des Pit, d. h. senkrecht zur Spurrichtung (als TM-polarisiertes Licht bezeichnet) einen Modulierungsgrad eines wiedergegebenen Signals, der höher ist als der des linear polarisierten Lichts senkrecht zum TM-polarisierten Licht (als TE-polarisiertes Licht bezeichnet). Deshalb wird vorzugsweise TM-polarisiertes Licht zur Durchführung eines Aufzeichnungs-/Wiedergabeprozesses mit der optischen Speicherplatte 1b mit hoher Aufzeichnungsdichte verwendet, und TE-polarisiertes Licht wird vorzugsweise für die optische Speicherplatte 1a mit großen Aufzeichnungspits verwendet. Aus diesem Grund werden in der nachstehenden Beschreibung die Elektroden 32a zur Durchführung eines Aufzeichnungs-/Wiedergabeprozesses mit der dicken optischen Speicherplatte 1a mit niedriger Aufzeichnungsdichte gemäß dem CD-Standard gewählt, und ein TE-polarisierter Laserstrahl 7a, der hauptsächlich eine TE-polarisierte Lichtkomponente enthält, wird von der Laserstrahlquelle LD emittiert. Werden die Elektroden 32b gewählt, um einen Aufzeichnungs-/Wiedergabeprozess mit der optischen Speicherplatte 1b mit hoher Aufzeichnungsdichte und einem dünnen Substrat gemäß dem DVD-Standard durchzuführen, wird ein TM-polarisierter Laserstrahl 7b, der hauptsächlich eine TM-polarisierte Lichtkomponente enthält, von der Laserstrahlquelle LD emittiert. Natürlich können Laserstrahlen mit Lichtkomponenten, die entgegensetzt polarisiert sind wie die obigen, ebenfalls für den CD- und den DVD-Standard verwendet werden.
  • Beim optischen Aufnehmer 2 dieses Beispiels ist der Polarisator 9 im optischen Weg zwischen der Laserstrahlquelle LD und der Objektivlinse 5 angeordnet. Bei diesem Polarisator 9 ist, wie die vergrößerte Ansicht von 2 zeigt, ein mittlerer Abschnitt 9a ein kreisförmiger transparenter Abschnitt (d. h. ein Abschnitt, von dem ein Polarisierungstrennfilm entfernt worden ist), der einen hohen Durchlassgrad sowohl hinsichtlich des TE-polarisierten als auch des TM-polarisierten Lichtes hat, und der Umfangsabschnitt 9b dient als Polarisierungstrennfilm, bei dem der Durchlassgrad hinsichtlich des TE-polarisierten Lichtes nahezu null ist. Ein derartiges polarisierungsabhängiges Element kann gebildet werden, indem z. B. ein organisches Polarisierungsfilter des Absorptionstyps verwendet wird. Dieses Filter wird so gebildet, dass ein Polymerfilm mit einem organischen Farbstoff so erstreckt bzw. aufgebracht wird, dass die Moleküle des organischen Farbstoffs in derselben Richtung angeordnet sind. Ein polarisierungsabhängiges optisches Element kann auch durch ein Polarisierungsfilter gebildet werden, das durch Aufeinanderstapeln von doppelbrechenden Schichten erhalten wird, durch ein Polarisierungsfilter, das durch Dispersion von Metallnadeln auf einem transparenten Substrat erhalten wird, einen doppelbrechenden Gitterpolarisator oder dgl.. Beim optischen Aufnehmer 2 dieses Beispiels wird der TE-polarisierte Laserstrahl 7a von der Laserstrahlquelle LD auf die dicke optische Speicherplatte 1a gemäß dem CD-Standard emittiert. In diesem Fall wird ein Teil des TE-polarisierten Laserstrahls 7a entsprechend der Apertur 9a in der Mitte des Polarisators 9 durchgelassen, während ein Teil des TE-polarisierten Laserstrahls 7 entsprechend dem Umfangsabschnitt 9b die Objektivlinse 5 nicht erreicht. Deshalb verringert der TE-polarisierte Laserstrahl 7a die effektive numerische Apertur NA der Objektivlinse 5, und die effektive numerische Apertur NA wird in diesem Beispiel auf etwa 0.35 eingestellt. Andererseits wird der TM-polarisierte Laserstrahl 7b von der Laserstrahlquelle LD auf die dünne optische Speicherplatte 1b gemäß dem DVD-Standard emittiert. Da der TM-polarisierte Laserstrahl 7b nahezu vollständig durch den Polarisator 9 durchgelassen wird, ist die numerische Apertur NA der Objektivlinse 5 gleich ihrem Auslegungswert. Die Objektivlinse dieses Beispiels ist optimal für die dünne optische Speicherplatte 1b gemäß dem DVD-Standard so ausgelegt, dass die effektive numerische Apertur NA bezüglich des Laserstrahls 7 mit einer Wellenlänge von ca. 650 nm auf ca. 0.6 eingestellt wird.
  • Bei der integrierten Schaltung 10 sind die Lichtzellenanordnungen 4a und 4b in zwei Reihen an beiden Seiten der Laserstrahlquelle LD zur Erfassung des reflektierten Strahls 8 angeordnet. Vier streifenförmige Fotodioden 13a, 13b, 13g und 13h und vier streifenförmige Fotodioden 13e, 13f, 13e und 13d sind jeweils auf den Lichtzellenanordnungen 4a bzw. 4b angeordnet, um aus dem reflektierten Strahl 8 ein Fokussierfehlersignal zur Durchführung des Fokusservo, ein Spurfehlersignal zur Durchführung des Spurservo und ein Datensignal zur Gewinnung von auf der optischen Speicherplatte aufgezeichneten Informationen zu erhalten. Das Licht ±1. Ordnung des reflektierten Strahls 8, das in tangentialer Richtung der Spur der optischen Platte 1 geteilt wurde, wird auf diesen Fotodioden 13a bis 13h zur Konvergenz gebracht, um eine ausgeprägte astigmatische Aberration durch das Hologramm 6 zu erzeugen. Die optischen Intensitäten der Strahlen werden deshalb von den Fotodioden 13a bis 13h in Signalstärken gewandelt, und die Signale werden von der Rechenschaltung 12 zur Ausgabe berechnet. Die Rechenergebnisse der Rechenschaltung 12 werden an die Positionssteuerung 16 überfragen und der optische Aufnehmer 2 wird hinsichtlich seiner Position so justiert, dass ein Spurfehler und ein Fokussierfehler auf ein Minimum gebracht werden. Das Fokussiertehlersignal FES z. B. wird durch eine Rechenoperation mit den von den Fotodioden 13a bis 13h erhaltenen Signalstärken auf folgende Weise ermittelt: {(13a + 13b) + (13c + 13d)} – {(13g + 13h) + (13e + 13f)}; (1)
  • Andererseits kann ein Spurfehlersignal TES durch ein Gegentaktverfahren unter Verwendung der Differenz zwischen den optischen Stärken der reflektierten Strahlen in den in tangentialer Richtung getrennten Bereichen berechnet werden. Das Spurfehlersignal TES wird auf folgende Weise durch eine Rechenoperation ermittelt: {(13a + 13b) + (13e + 13f)} – {(13e + 13d) + (13g + 13h)}; (2)
  • Das Spurfehlersignal TES kann auch durch ein Differenzphasen-Nachlaufverfahren unter Verwendung der die Differenz zwischen Lichtintensitäten diagonaler Bereiche der durch 4 in tangentialer Richtung geteilten Bereiche und der radialen Richtung relativ zur Spur der optischen Speicherplatte repräsentierenden Signalstärke berechnet werden. Das Spurfehlersignal TES wird auf folgende Weise durch eine Rechenoperation ermittelt: {(13b + 13e) + (13e + 13h)} – {(13a + 13d) + (13f + 139)}; (3)
  • Entsprechend dem Gegentaktverfahren oder dem Differenzphasen-Nachlaufverfahren kann ein Spurfehlersignal ungeachtet der Spurbreite der optischen Speicherplatte erhalten werden. Deshalb kann der optische Aufnehmer 2, der mit der optischen Speicherplatte 1b mit hoher Aufzeichnungsdichte und mit der optischen Speicherplatte 1a mit niedriger Aufzeichnungsdichte kompatibel ist, verwirklicht werden.
  • Außerdem kann ein Datensignal RFS durch die Gesamtsumme der Fotodioden 13a bis 13h erhalten werden. Das Datensignal RFS wird auf folgende Weise durch eine Rechenoperation ermittelt: (13a + 13b + 13c + 13d + 13e + 13f + 13g + 13h); (4)
  • Beim optischen Aufnehmer 2 entsprechend dem oben beschriebenen Beispiel wird der TM-polarisierte Laserstrahl 7b von der Laserstrahlquelle LD des Oberflächenemissionslasers 3 emittiert und auf der Aufzeichnungsschicht der optischen Speicherplatte 1b durch die Objektivlinse 5 zur Konvergenz gebracht, wenn die optische Speicherplatte 1b mit hoher Aufzeichnungsdichte und einem dünnen Substrat eingerichtet ist. Die Objektivlinse 5 dieses Beispiels ist optimal ausgelegt, so dass Licht bis zum Beugungsgrenzwert auf der Aufzeichnungsschicht der dünnen optischen Speicherplatte 1b konvergiert werden kann, wenn die numerische Apertur NA 0.6 beträgt. Deshalb wird bei Verwendung des TM-polarisierten Laserstrahls 7b ein von der Laserstrahlquelle LD emittierter Laserstrahl nahezu vollständig durch den Polarisator 9 durchgelassen, um auf der optischen Speicherplatter 1b mit hoher Fokussierleistung zur Konvergenz gebracht zu werden. Da der reflektierte Strahl 8 mit hoher Auflösung erhalten werden kann, ist es möglich, die optische Speicherplatte 1b gemäß dem DVD-Standard mit hoher Präzision stabil in ihrer Position zu halten und der Aufzeichnungs-/Wiedergabeprozess kann zuverlässig durchgeführt werden.
  • Wird dagegen ein Prozess mit der dicken optischen Speicherplatte 1a mit niedriger Aufzeichnungsdichte unter Verwendung des optischen Aufnehmers 2 dieses Beispiels durchgeführt, wird der TE-polarisierte Laserstrahl 7a von der Laserstrahlquelle LD des Oberflächenemissionslasers 3 emittiert. Der Laserstrahl 7a wird von der Apertur 9a des mittleren Abschnitts des Polarisators 9 verringert und fällt auf die Objektivlinse 5. Für die Objektivlinse 5 dieses Beispiels ist deshalb das optische System eines optischen Aufnehmers so ausgelegt, dass die effektive numerische Apertur NA bezüglich des TE-polarisierten Laserstrahls 7a auf 0.35 eingestellt ist. Da die Objektivlinse 5 für eine dünne optische Speicherplatte mit einer Substratdicke von 0,6 mm und einer hohen Aufzeichnungsdichte optimal ausgelegt ist, wird eine sphärische Aberration erzeugt und die Abbildungsleistung verschlechtert, wenn die Objektivlinse 5 für eine dicke optische Speicherplatte mit einer Substratdicke von 1,2 mm und niedriger Aufzeichnungsdichte verwendet wird. Beim optischen Aufnehmer 2 dieses Beispiels wird jedoch eine effektive numerische Apertur NA auf den niedrigen Wert von 0.35 bezüglich der dicken optischen Speicherplatte 1a mit niedriger Aufzeichnungsdichte eingestellt. Eine durch die Differenz zwischen den Substratdicken erzeugte sphärische Aberration ist proportional zur 4. Potenz der numerischen Apertur NA. Wird also die numerische Apertur verringert, nimmt die sphärische Aberration stark ab, selbst wenn die Substratdicken voneinander verschieden sind. Aus diesem Grund kann der optische Aufnehmer 2 dieses Beispiels einen konvergenten Fleck durch Konvergieren des TE-polarisierten Laserstrahls 7a auf nahezu den Beugungsgrenzwert auf der dicken optischen Speicherplatte 1a mit einer Substratdicke von 1,2 mm bilden, und der Einfluss des Substratdickenfehlers auf den konvergenten Fleck kann deutlich vermindert werden. Zu diesem Zeitpunkt wird der Durchmesser des konvergenten Flecks durch eine Verringerung der numerischen Apertur verringert. Da jedoch die Informationsaufzeichnungsdichte der dicken optischen Speicherplatte 1a niedriger ist als die der dünnen optischen Speicherplatte 1b, ist ein solcher Durchmesser als Durchmesser des konvergenten Flecks klein genug.
  • Auf diese Weise wird beim optischen Aufnehmer dieses Beispiels die effektive numerische Apertur NA der Objektivlinse 5 verringert, wenn der Polarisator 9 für die dicke optische Speicherplatte 1a verwendet wird, und die numerische Apertur des optischen Elements 15 des optischen Aufnehmers 2 gemäß diesem Beispiel wird auf einen bestimmten Wert begrenzt. Deshalb kann der reflektierte Strahl 8 mit hoher Auflösung durch das optische Element 15 erhalten werden. Aus diesem Grund kann ein Aufzeichnungs-/Wiedergabeprozess mit einer optischen Speicherplatte mit niedriger Aufzeichnungsdichte zuverlässig durchgeführt werden. 3(a) zeigt auf welche Weise sich der Durchmesser eines von der Objektivlinse 5 auf der Aufzeichnungsoberfläche der CD 1a geformten konvergenten Flecks ändert, wenn ein Strahl (TE-polarisierter Laserstrahl) zur Wiedergabe einer CD auf die Objektivlinse 5 fällt, um den Durchmesser des transparenten Abschnitts 9a des Polarisators 9 und damit die effektive numerische Apertur zu ändern. 3(b) zeigt wie sich die Wellenaberration des konvergenten Flecks in Abhängigkeit von der Durchmesseränderung ändert. Hier ist der Durchmesser des konvergenten Flecks auf einen Durchmesser eingestellt, bei dem die Stärke des Hauptlappens des konvergenten Flecks auf 1/e2 des Spitzenwerts eingestellt ist. 3(a) zeigt wie sich der Durchmesser des konvergenten Flecks als Funktion der Rate des Aperturgrenzwerts (Aperturverringerungsrate) durch den Polarisator 9 aufgetragen über der Abszisse ändert. Wird die Aperturverringerungsrate erhöht, um die effektive numerische Apertur zu verringern, nimmt der Durchmesser des konvergenten Flecks zu wie aus 3(a) ersichtlich, und dementsprechend nimmt die Wellenaberration zu wie aus 3(b) ersichtlich. Eine Wellenaberration bei einem optischen Aufnehmer wird im Allgemeinen auf 0,071 λ oder weniger eingeregelt, wobei die Wellenlänge λ als Effektiv- (rms – root mean square)-Wert nach dem Marecial-Kriterium gegeben ist. Von der zulässigen Wellenaberration sind ca. 0,05 λ als Wellenaberration erzeugt durch das Substrat einer CD zulässig. Aus diesem Grund muss die Wellenaberration des optischen Systems des optischen Aufnehmers auf 0,05 λ oder darunter eingestellt werden. Bezüglich des Messergebnisses in 3(b) ist es deshalb wünschenswert, die Aperturverringerungsrate zur Erfüllung dieser Bedingung auf ca. 64% oder weniger einzustellen.
  • 3(e) zeigt ein Ergebnis der Messung des Jitterwertes eines 3T-Signals, das als kürzestes Pit dient, wenn die CD 1a wiedergegeben wird, während die Aperturverringerungsrate geändert wird. Hier wird als der Jitterwert ein Wert eingestellt, der durch Standardisieren des Wertes der Standardabweichung einer Verteilung durch eine Fensterbreite erhalten wird. Ein Jitterwert, bei dem eine BER (Bit Error Rate – Bitfehlerrate) von 10–5 oder darunter erhalten wird, beträgt 15%. Aus diesem Grund wird die Aperturverringerungsrate vorzugsweise auf etwa 50% oder mehr eingestellt, wie aus dem in 3(e) dargestellten Messergebnis ersichtlich ist. Bei Berücksichtigung der Änderungen der Wellenaberration und des Jitterwertes in Abhängigkeit von der Aperturverringerungsrate versteht es sich, dass die Aperturverringerungsrate durch den Polarisator 9 vorzugsweise auf ca. 50 bis 64% eingestellt wird. Bei Berücksichtigung einer Herstellungs- und Montagetoleranz des optischen Aufnehmers 2 ist die Aperturverringerungsrate mehr bevorzugt auf ca. 56 bis 60% einzustellen. Nach diesen Ergebnissen werden beim optischen Aufnehmer dieses Beispiels ca. 58% als Verringerungsrate der numerischen Apertur des Polarisators 9 verwendet und die auf 0.6 für eine DVD eingestellte numerische Apertur wird für eine CD auf 0.35 verringert.
  • Auf diese Weise ist der optische Aufnehmer 2 dieses Beispiels ein optischer Aufnehmer mit sehr guter Kompatibilität mit der optischen Speicherplatte 1b hoher Aufzeichnungsdichte und der optischen Speicherplatte 1a niedriger Aufzeichnungsdichte, die sich voneinander in Dicke, Spurbreite und dgl. unterscheiden. Da der optische Aufnehmer 2 außerdem für die optischen Speicherplatten 1a und 1b eingesetzt werden kann, indem die Polarisierungsrichtung des Laserstrahls geändert wird, wird der optische Aufnehmer 2 als kostengünstiger und kompakter optischer Aufnehmer verwirklicht, in dem ein einfaches optisches System mit hoher Zuverlässigkeit verwendet wird. Die Steuerung der Polarisierungsrichtung des Laserstrahls erfolgt nur durch Umschalten der mit der Laserstrahlquelle LD verbundenen Elektroden des Oberflächenemissionslasers 3. Diese Steuerungsmaßnahme kann durch eine extrem einfache Steuerung mit hoher Zuverlässigkeit vorgenommen werden.
  • 7 zeigt eine Ausführungsform eines optischen Aufnehmers 2 gemäß der vorliegenden Erfindung, der einen Aufzeichnungs-/Wiedergabeprozess mit einer dicken optischen Speicherplatte 1a mit niedriger Aufzeichnungsdichte gemäß dem CD-Standard sowie einer dünnen optischen Speicherplatte 1b gemäß dem DVD-Standard durchführen kann. Der optische Aufnehmer 2 gemäß dieser Ausführungsform weist ebenfalls eine integrierte Schaltung 10 auf, in der eine als Lichtquelle dienende Oberflächenemissionslasermatrix 3 und eine Lichtzellenanordnung zur Signalerkennung 4 mit als Lichtzellen dienenden Fotodioden monolithisch auf einem einzigen Substrat (z. B. einem GaAs-Substrat des n-Typs) ausgebildet sind. Ein von der Oberflächenemissionslasermatrix 3 emittierter Laserstrahl 7 wird auf der Aufzeichnungsschicht einer optischen Speicherplatte 1 mittels einer Objektivlinse 5 durch ein Hologramm 6 eines optischen Elements 15 zur Konvergenz gebracht. Ein von der Aufzeichnungsschicht der optischen Speicherplatte 1 reflektierter Strahl 8 trifft über denselben optischen Weg wie oben beschrieben auf die Objektivlinse 5, wird vom Hologramm 6 gebeugt, und die Strahlen der ±1. Ordnung des gebeugten reflektierten Strahl werden auf der Lichtzellenanordnung 4 der integrierten Schaltung 10 so zur Konvergenz gebracht, dass eine ausgeprägte astigmatische Aberration erzeugt wird. Der optische Aufnehmer dieser Ausführungsform ist deshalb für ein in 1 dargestelltes optisches Aufzeichnungssystem 17 geeignet.
  • 8 ist eine vergrößerte Ansicht der planen Anordnung der integrierten Schaltung 10 dieser Ausführungsform. Die integrierte Schaltung 10 dieser Ausführungsform weist die Oberflächenemissionslasermatrix 3 auf, in der eine Mehrzahl Laserstrahlquellen LD zum Emittieren von Laserstrahlen in zwei Reihen in der Mitte oder nahezu in der Mitte ausgebildet sind. Erste und zweite Laserstrahlquellengruppen 3a und 3b sind so ausgebildet, dass eine Spurnachlaufoperation durch das Drei-Strahlen-Verfahren und eine Fokusservooperation für die optischen Speicherplatten 1a und 1b durchgeführt werden können wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen. Die erste Laserstrahlquellengruppe 3a (in der Zeichnung rechts) ist eine Laserstrahlquellengruppe zur Durchführung eines Aufzeichnungs-/Wiedergabeprozesses mit der optischen Speicherplatte 1a mit einem dicken Substrat und einer niedrigen Aufzeichnungsdichte nach dem CD-Standard. Drei Laserstrahlquellen LD1a, LD2a und LD3a, die die Laserstrahlquellengruppe 3a bilden, sind in einem Rasterabstand L1 entsprechend dem Spurabstand (1,6 μm) der optischen Speicherplatte 1a gemäß dem CD-Standard angeordnet. Eine parallel zur ersten Laserstrahlquellengruppe 3a angeordnete zweite Laserstrahlquellengruppe 3b ist eine Laserstrahlquellengruppe zur Durchführung eines Aufzeichnungs-/Wiedergabeprozesses mit der optischen Speicherplatte 1b mit einer dünnen opti schen Speicherplatte und einer hohen Aufzeichnungsdichte nach dem DVD-Standard. Drei Laserstrahlquellen LD1b, LD2b und LD3b, die die zweite Laserstrahlquellengruppe 3b bilden, sind in einem Rasterabstand L2 entsprechend dem Spurabstand (0,74 μm) der optischen Speicherplatte 1b gemäß dem DVD-Standard angeordnet. Das Verhältnis der Rasterabstände L1 : L2 ist also nahezu gleich 1,6 : 0,74.
  • Ferner haben die Laserstrahlquellen der ersten Laserstrahlquellengruppe 3a dieser Ausführungsform einen von den Laserstrahlquellen der zweiten Laserstrahlquellengruppe 3b verschiedenen Strahlungswinkel, wodurch die effektive numerische Apertur des optischen Elements 15 gesteuert wird. Beim optischen Element des optischen Aufnehmers 2 dieser Ausführungsform kann deshalb das polarisierungsabhängige optische Element, das im optischen Aufnehmer jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, entfallen. Genauer gesagt sind die die erste Laserstrahlquellengruppe 3a bildenden Laserstrahlquellen LD1a, LD2a und LD3a so angeordnet, dass ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von ca. 650 nm unter einem Strahlungswinkel θ1 abgestrahlt werden kann, und die effektive numerische Apertur NA der Objektivlinse 5 des optischen Elements 15 wird auf etwa 0.35 eingestellt. Die die zweite Laserstrahlquellengruppe 3b bildenden Laserstrahlquellen LD1b, LD2b und LD3b sind so angeordnet, dass ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von ca. 650 nm unter einem Strahlungswinkel θ2, der größer ist als der Strahlungswinkel θ1, abgestrahlt werden kann, und die effektive numerische Apertur NA der Objektivlinse 5 des optischen Elements 15 wird auf etwa 0.6 eingestellt.
  • An beiden Seiten der ersten und zweiten Laserstrahlquellengruppe 3a und 3b sind zwei Reihen Lichtzellengruppen 4a und 4b zum Erfassen reflektierter Strahlen parallel zur ersten und zweiten Laserstrahlquellengruppe 3a und 3b angeordnet. Drei Fotodioden PD1a, PD2a und PD3a sowie drei Fotodioden PD1b, PD2b und PD3b sind in den Lichtzellengruppen 4a und 4b so angeordnet, dass ein Spurfehlersignal TES durch das Drei-Strahlen-Verfahren, ein Fokussierfehlersignal FES und ein Datensignal RFS entsprechend den Laserstrahlquellen LD1 bis LD3 erhalten werden. Da die Signalverarbeitung mit den durch diese Fotodioden erhaltenen Daten die gleiche ist wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen, wird auf ihre Beschreibung verzichtet. Die Weise, in der von der optischen Speicherplatte 1a reflektierte Strahlen 8a oder von der optischen Speicherplatte 1b reflektierte Strahlen 8b auf den Fotodioden PD1a, PD1b, PD2a, PD2b, PD3a und PD3b zur Konvergenz gebracht werden, wird unter Bezugnahme auf 4, 5 und 6 beschrieben.
  • 4 , 5 und 6 zeigen wie von der optischen Speicherplatte 1b reflektierte Strahlen 8b auf den Lichtzellenanordnungen 4a und 4b in scharf eingestelltem Zustand zur Konvergenz gebracht werden, einen Zustand, in dem die Objektivlinse 5 und die optische Speicherplatte 1b nahe beieinander liegen und einen Zustand, in dem die Objektivlinse 5 und die optische Speicherplatte 1b weit voneinander entfernt sind. Wie aus diesen Zeichnungen deutlich wird, sind Signalstärken, die von den Lichtzellen PD2a und PD2b erhalten werden, auf denen die Strahlen ±1. Ordnung zur Konvergenz gebracht werden, in dem in 4 dargestellten scharf eingestellten Zustand im Wesentlichen gleich. Sind dagegen die Brennpunkte zueinander versetzt, wie in 5 oder 6 dargestellt, sind die von den Lichtzellen PD2a und PD2b erhaltenen Signalstärken verschieden. Aus diesem Grund wird ein Konvergenzzustand als ein Fokussierfehlersignal FES erhalten und auf der Basis dieses Signals wird eine Fokusservooperation durchgeführt und die Servooperation kann zuverlässig durchgeführt werden. Tritt ein Spurfehler auf, sind die von den Fotodioden PD1a, PD1b, PD3a und PD3b zur Erfassung der Teilstrahlen erhaltenen Signalstärken verschieden. Aus diesem Grund wird dieser Zustand als das Spurfehlersignal TES erhalten und eine Spurservooperation kann auf Basis dieses Signals durchgeführt werden.
  • Um ein Fokussierfehlersignal zu erkennen, wird das auf folgende Weise mit Muster ausgeführte Hologramm 6 verwendet. Das heißt, ein Hauptstrahl und Teilstrahlen, die von der optischen Speicherplatte 1a oder 1b reflektiert werden, werden in die Beugung ±1. Ordnung gebeugt und die optischen Achsen dieser Strahlen werden geändert, um eine ausgeprägte astigmatische Aberration zu erzeugen. Bei dieser Ausführungsform wird z. B. ein Muster entlang einer Hyperbelschar oder einer korrigierten Hyperbelschar als Muster eines Gitters verwendet und das Gitter wird so angeordnet, dass das in die ±1. Ordnung gebeugte Licht parallel zur Längsrichtung (x-Achse) der Schaltung 10 verläuft. Befindet sich die Objektivlinse 5 nahe an der optischen Speicherplate 1a oder 1b wie in 5 dargestellt hat deshalb der Fleck des in die +1. Ordnung gebeugten Lichts, das auf den Fotodioden PD1a, PD2a und PD3a zur Konvergenz gebracht wird, eine elliptische Form, deren Hauptachse parallel zur x-Achse verläuft, und der Fleck des in die –1. Ordnung gebeugten Lichts, das auf den Fotodioden PD1b, PD2b und PD3b zur Konvergenz gebracht wird, hat eine elliptische Form, deren Hauptachse parallel zur y-Achse verläuft. Sind dagegen die Objektivlinse 5 und die Speicherplatte 1a oder 1b voneinander entfernt wie in 6 dargestellt hat der Fleck des in die +1. Ordnung gebeugten Lichts eine elliptische Form, deren Hauptachse parallel zur y-Achse verläuft, und der Fleck des in die –1. Ordnung gebeugten Lichts hat eine elliptische Form, deren Hauptachse parallel zur x-Achse verläuft. Deshalb ändern sich wie oben beschrieben die Mengen des von den Fotodioden PD2a und PD2b empfangenen Lichts und das Fokussierfehlersignal kann erhalten werden.
  • Außerdem sind wie in 8 dargestellt die auf der Schaltung 10 dieser Ausführungsform ausgebildeten Fotodioden PD2a und PD2b auf derselben Geraden wie die Laserstrahlquellen LD2a und LD2b angeordnet, so dass ein Rechteck gebildet wird, dessen lange Seiten parallel zur Geraden verlaufen. Die Länge der langen Seite des Rechtecks ist hinreichend länger als der Abstand zwischen den Laserstrahlquellen LD2a und LD2b. Ist deshalb die dicke optische Speicherplate 1a oder die dünne optische Speicherplatte 1b wiederzugeben, kann ein Fokussierfehlersignal durch übliche Lichtzellen erkannt werden. Unterliegt außerdem die Wellenlänge eines von der Oberflächenemissionslasermatrix 3 emittierten Strahls oder der Abstand zwischen der Oberflächenemissionslasermatrix 3 und dem Hologramm 6 auf der optischen Achse Toleranzen, können die Flecke des in die ±1. Ordnung gebeugten Lichts, die auf den Fotodioden PD2a und PD2b zur Konvergenz gebracht werden, nur auf der x-Achse wandern. Aus diesem Grund lassen sich die Flecke zuverlässig fassen. Sind also wie in der Schaltung 10 die Fotodioden PD2a und PD2b in einem Rechteck angeordnet, dessen lange Seite parallel zur x-Achse verläuft, können die Präzision der Wellenlänge der Lichtquelle, die Montagepräzision der Lichtquelle und dgl. weniger streng gehandhabt werden. Dies ist für die Herstellung optischer Aufnehmer vorteilhaft.
  • Die Lichterkennungsflächen der Fotodioden PD1a, PD3a, PD1b und PD3b zum Erfassen eines Spurfehlersignals sind hinreichend groß. Jede Lichterkennungsfläche. hat eine quadratische oder nahezu quadratische Form, deren Seitenlänge gleich ist der Länge der langen Seite der Fotodiode PD2a oder PD2b. Deshalb können die Fotodioden PD1a, PD3a, PD1b und PD3b zur Erfassung der Spurfehlersignale sowohl von der dicken optischen Speicherplatte (Platte nach dem CD-Standard) 1a als auch von der dünnen optischen Speicherplatte (Platte nach dem DVD-Standard) 1b venrvendet werden. Die Präzision der Wellenlänge der Laserstrahlquelle und die Montagepräzision der Laserstrahlquelle können ebenfalls weniger streng gehandhabt werden.
  • Die Laserstrahlquellen LD1b, LD2b und LD3b sind in der Oberflächenemissionslasermatrix 3 dieser Ausführungsform in Abständen angeordnet, die dem Spurabstand der optischen Speicherplatte mit hoher Aufzeichnungsdichte entsprechen. Außerdem ist die Objektivlinse 5 dieser Ausführungsform optimal ausgelegt, so dass die effektive numerische Apertur NA für den unter einem vorgegeben Strahlungswinkel von der zweiten Laserstrahlquellengruppe 3b emittierten Laserstrahl 7b auf 0.6 eingestellt wird, und der Laserstrahl 7b kann bis zum Beugungsgrenzwert auf der Aufzeichnungsschicht der dünnen optischen Speicherplatte 1b zur Konvergenz gebracht werden. Da der von der zweiten Laserstrahlquellengruppe 3b emittierte Laserstrahl 7b auf der Aufzeichnungsschicht konvergiert wird, um einen reflektierten Strahl hoher Auflösung zu erhalten, wird ein ausgeprägtes Spurfehlersignal TES erhalten und die Spurservooperation kann zuverlässig durchgeführt werden. Aus diesem Grund ist eine stabile Positionssteuerung mit hoher Präzision bei der dünnen optischen Speicherplatte 1b mit hoher Aufzeichnungsdichte möglich und ein Aufzeichnungs-/Wiedergabeprozess kann zuverlässig durchgeführt werden.
  • Wird dagegen ein Prozess unter Verwendung des optischen Aufnehmers 2 dieser Ausführungsform für die dicke optische Speicherplatte 1a mit niedriger Aufzeichnungsdichte durchgeführt, wird die erste Laserstrahlquellengruppe 3a der Oberflächenemissionslasermatrix gewählt und Laserstrahlen 7a werden von den drei Laserstrahlquellen LD1a, LD2a und LD3a, die die erste Laserstrahlquellengruppe 3a bilden, abgestrahlt. Die mittlere Laserstrahlquelle LD2a dieser Laserstrahlquellen dient als Hauptstrahlquelle zur Ausgabe eines Datensignals und eines Fokussierfehlersignals durch ein astigmatisches Aberrationsverfahren, und die Laserstrahlquellen LD1a und LD3a, die zu beiden Seiten der Laserstrahlquelle LD2a angeordnet sind, dienen als Teilstrahlquellen zur Ausgabe von Spurfehlersignalen durch ein Drei-Strahlen-Verfahren. Die von der Laserstrahlquellengruppe emittierten Laserstrahlen 7a werden von der Objektivlinse 5 auf der Aufzeichnungsschicht der optischen Speicherplatte 1a zur Konvergenz gebracht.
  • Ein von der optischen Speicherplatte 1a nach dem CD-Standard reflektierter Strahl 8a wird wie der reflektierte Strahl 8b zur Konvergenz gebracht, wie mit den strichpunktierten Linien in 4, 5 und 6 gekennzeichnet, und ein Daten- sowie ein Fokussierfehlersignal können erhalten werden. Außerdem sind in der ersten Laserstrahlquellengruppe 3a die Laserstrahlquellen LD1a, LD2a und LD3a in Abständen entsprechend der optischen Speicherplatte 1a mit großem Spurabstand und niedriger Aufzeichnungsdichte angeordnet. Aus diesem Grund kann ein Spurfehlersignal auch durch das Drei-Strahlen-Verfahren bezüglich der optischen Speicherplatte 1a erhalten werden. Die Objektivlinse 5 dieser Ausführungsform ist so ausgelegt, dass die effektive numerische Apertur NA auf ca. 0.35 eingestellt ist, wenn der Strahlungswinkel des von der ersten Laserstrahlquellengruppe 3a emittier ten TE-polarisierten Lichts verringert wird. Deshalb wird die numerische Apertur des optischen Elements 15 für eine dicke optische Speicherplatte mit einer Substratdicke von 1,2 mm und einer niedrigen Aufzeichnungsdichte verringert, obwohl die Objektivlinse 5 für eine dünne optische Speicherplatte mit einer Substratdicke von 0.6 mm und hoher Aufzeichnungsdichte optimal ausgelegt ist, so dass der Laserstrahl 7a auf nahezu den Beugungsgrenzwert zur Konvergenz gebracht werden kann, und eine Fokus- und Spurservooperation können mit der optischen Speicherplatte 1a mit großem Spurabstand und niedriger Aufzeichnungsdichte durchgeführt werden, indem dasselbe Steuerungssystem wie für die optische Speicherplatte 1b mit kleinem Spurabstand und hoher Aufzeichnungsdichte verwendet wird. Ferner wird der Strahlungswinkel des Laserstrahls 7a durch das polarisierte Hologramm 18 verringert, so dass die effektive numerische Apertur NA der Objektivlinse 5 verringert werden kann. Aus diesem Grund wird die Erzeugung einer sphärischen Aberration durch die Substratdicke unterdrückt und der reflektierte Strahl 7a mit hoher Auflösung kann erhalten werden. Deshalb kann ein Aufzeichnungs-/Wiedergabeprozess mit der optischen Speicherplatte mit niedriger Aufzeichnungsdichte durchgeführt werden.
  • Auf diese Weise ist der optische Aufnehmer 2 dieser Ausführungsform auch ein optischer Aufnehmer, der mit der optischen Speicherplatte 1b mit hoher Aufzeichnungsdichte sowie mit der optischen Speicherplatte 1a mit niedriger Aufzeichnungsdichte, die sich voneinander hinsichtlich Dicke und Spurabstand unterscheiden, kompatibel ist. Wählt außerdem der optische Aufnehmer 2 dieser Ausführungsform nur die erste oder zweite Laserstrahlquelle 3a oder 3b auf Basis eines Auswahlsignals von der Lasersteuerung 11 im optischen Aufzeichnungssystem gemäß 1, um die Polarisierungsrichtung eines auf eine optische Speicherplatte abgestrahlten Laserstrahls zu ändern, kann der optische Aufnehmer 2 die optischen Speicherplatten 1a und 1b verarbeiten. Aus diesem Grund kann das optische System, das nicht kompliziert zu werden braucht und eine hohe Zuverlässigkeit hat, verwendet werden und es kann ein kostengünstiger und kompakter optischer Aufnehmer mit hoher Leistungsfähigkeit bereitgestellt werden. Da beim optischen Aufnehmer dieser Ausführungsform die Laserleistung nicht geteilt wird, kann ein Aufzeichnungs-/Wiedergabeprozess bei niedriger Leistungsaufnahme durchgeführt werden.
  • Ferner kann bei dieser Ausführungsform durch Ausnützen des Vorteils der Oberflächenemissionslasermatrix, bei der eine Mehrzahl Laserstrahlquellen in einem kleinen Bereich durch die fotolithografische Technik ausgebildet werden kann, eine Mehrzahl Laserstrahlquellen entsprechend den Spurabständen der optischen Speicherplatten 1a bzw. 1b ausgebildet werden, so dass ein optischer Aufnehmer verwirklicht wird, der Spurfehlersignale mittels des Drei-Strahlen-Verfahrens bezüglich der optischen Speicherplatten 1a und 1b erhalten kann und der eine sehr geringe Baugröße und eine einfache Anordnung hat. Nach dem Drei-Strahlen-Verfahren lässt sich ein stabiles Spurfehlersignal erhalten und es kann ein einfaches Steuerungssystem verwendet werden. Aus diesem Grund wird das Drei-Strahlen-Verfahren bei zahlreichen optischen Aufnehmern für CD's eingesetzt. Wird jedoch ein optisches Element wie ein Prisma zur Bildung der erforderlichen drei Strahlen verwendet, ist es nicht sinnvoll, ein ziemlich komplexes optisches System zur Verarbeitung der Spurbreiten von zwei verschiedenen Typen optischer Speicherplatten zu verwenden. Selbst wenn das Drei-Strahlen-Verfahren für eine optische Speicherplatte verwendet wird, muss deshalb ein anderes optisches System für die andere optische Speicherplatte verwendet werden. Dies macht das Steuerungs system sehr kompliziert. Im Gegensatz dazu sind beim optischen Aufnehmer 2 dieser Ausführungsform zwei Gruppen Laserstrahlquellen 3a und 3b entsprechend den optischen Speicherplatten 1a und 1b in der Oberflächenemissionslasermatrix ausgebildet, so dass auf ein optisches Element zur Bildung dreier Strahlen verzichtet werden kann. Gleichzeitig kann das Drei-Strahlen-Verfahren auf verschiedene Typen optischer Speicherplatten angewendet werden, und die Spur- und Fokussiersteuerung ist mit einem einzigen Steuerungssystem möglich. Da außerdem die Oberflächenemissionslasermatrix 3 verwendet wird, können insgesamt sechs Laserstrahlquellen, die die zwei Laserstrahlquellengruppen 3a und 3b bilden, auf sehr kleinem Raum angeordnet werden.
  • Da beim optischen Aufnehmer dieser Ausführungsform die Laserstrahlquellen zur Ausgabe eines Hauptstrahls und der Teilstrahlen voneinander getrennt sind, können ein Laserstrahl zum Erfassen eines Informationssignals und eines Fokussierfehlersignals sowie ein Laserstrahl zum Erfassen eines Spurfehlersignals zeitlich verschieden emittiert werden. Ist eine optische Speicherplatte wiederzugeben, erfolgt der Prozessfluss grob in der nachstehenden Reihenfolge. Das heißt, die optische Speicherplatte wird bestimmt, die der optischen Speicherplatte entsprechenden Oberflächenemissionslaser werden eingeschaltet, Fokussierung und Fokussiersteuerung sowie Spursteuerung werden durchgeführt, die Laserstrahlen werden zur gewünschten Adresse bewegt und ein Informationssignal wird wiedergegeben. Ist also nur der Hauptstrahl eingeschaltet, bis die Spursteuerung gestartet wird, kann verhindert werden, dass ein Teilstrahl in den Fotodioden PD2a und PD2b gemischt wird, und eine äußerst präzise Fokussiersteuerung ist möglich. Die arithmetisch berechneten Spurfehler- und Fokussierfehlersignale werden z. B. an die in 1 dargestellte Positionssteuerung 13 geliefert, der optische Aufnehmer 2 wird von einem Stellelement in einer Richtung senkrecht zur Aufzeichnungsoberfläche der optischen Speicherplatte oder in radialer Richtung der optischen Speicherplatte bewegt, und die Steuerung zum Konvergieren eines Laserstrahls auf einem Zielpit auf der Aufzeichnungsspur der optischen Speicherplatte zur Bildung eines feines Flecks wird durchgeführt.
  • Nach dem Drei-Strahlen-Verfahren sind die konvergenten Flecke der Teilstrahlen vor und nach dem konvergenten Fleck eines Hauptstrahls in Spurrichtung angeordnet. Da eine Zeitdifferenz zwischen den Signalen der beiden Teilstrahlen erzeugt wird, kann deshalb eine Unregelmäßigkeit eines Spurfehlersignals auftreten, wenn die Strahlflecke Risse oder Fehler auf der optischen Speicherplatte passieren. Um den Einfluss aufgrund der Unregelmäßigkeit des Spurfehlersignals zu unterdrücken, wird der Abstand zwischen den konvergenten Flecken des Hauptstrahls und der Teilstrahlen vorzugsweise auf 15 μm oder darunter eingestellt. Wird dagegen der Abstand zwischen den konvergenten Flecken verringert, nehmen die Rasterabstände L1 und L2 der Laserstrahlquellen ab. Insbesondere der Rasterabstand L2 der Laserstrahlquellen 3b für die optische Speicherplatte 1b gemäß dem DVD-Standard nimmt erheblich ab. Der Bereich, in dem zwei benachbarte Emissionsabschnitte der Oberflächenemissionslasermatrix 3 zueinander den kleinsten Abstand haben können, wird durch die Querschnittsformen der Säulen bestimmt, die die optischen Resonatoren der Emissionsabschnitte parallel zum Halbleitersubstrat bilden. Da die Größe eines normalen Querschnitts zwischen 10 und 30 μm liegt, wird der Mindestabstand zwischen benachbarten Laserstrahlquellen, d. h. der Rasterabstand L2 der Laserstrahlquellen 3b, vorzugsweise auf 30 μm oder darüber eingestellt.
  • Es sei angenommen, dass die optische Verstärkung m des optischen Elements 15 dieser Ausführungsform dem Verhältnis (f1/f2) einer optischen Länge f1 zwischen einer Objektoberfläche (Lichtquellen) und einem objektseitigen Hauptpunkt (nach der Kombination der optischen Elemente wie der Objektivlinse 5 und des das optische Element 15 bildenden polarisierten Hologramms 18) des optischen Elements 15 und einer optischen Länge f2 eines bildseitigen (optische Platte 1) Hauptpunktes des optischen Elements 15 ist. In diesem Fall lautet die Beziehung zwischen dem Rasterabstand L1 der ersten Laserstrahlquellengruppe 3a für die CD mit einem zunehmenden Abstand zwischen konvergenten Flecken und einem zulässigen Abstand (15 μm) zwischen konvergenten Flecken wie folgt: 15 × m = L1 (μm) (5)
  • Soll deshalb das Verhältnis des Rasterabstands L1 der ersten Laserstrahlquellengruppe 3a und des Rasterabstands L2 der zweiten Laserstrahlquellengruppe 3b gleich dem Verhältnis der Spurabstände der optischen Speicherplatten 1a und 1b sein, ergibt sich der Rasterabstand L2 der zweiten Laserstrahlgruppe 3b zu: 15 × m × (L2/L1) ≥ 30 μm d. h. m × (L2/L1) ≥ 2; (6)
  • Da der Spurabstand des CD-Standards 1,6 μm beträgt und der Spurabstand des DVD-Standards 0,74 μm, ergibt sich das Rasterabstandsverhältnis L2/L1 als 0,74/1,6. Damit ist klar, dass als optisches Element für einen optischen Aufnehmer, der sowohl mit dem DVD- als auch mit dem CD-Standard kompatibel ist, ein optisches System mit einer Verstärkung von 4,4 oder darüber wünschenswerierweise zu verwenden ist.
  • In Anbetracht der Fertigungseinrichtungen zur Herstellung einer Oberflächenemissionslasermatrix wird der Mindestabstand zwischen den Laserstrahlquellen mehr bevorzugt auf ca. 40 μm oder mehr eingestellt. Aus diesem Grund ist anzustreben, dass die Verstärkung m des optischen Systems die folgende Beziehung erfüllt: 15 × m × (L2/L1) ≥ 40 μm d. h. m × (L2/L1) ≥ 8/3 (7)
  • Deshalb wird als optisches Element für einen optischen Aufnehmer, der sowohl mit dem DVD-Standard als auch dem CD-Standard kompatibel ist, ein optisches Element mit einer Verstärkung m von 5,8 oder darüber mehr bevorzugt verwendet.
  • Die Verstärkung m des optischen Elements 15 kann durch die Verstärkung der Objektivlinse 5 ersetzt werden, da der Einfluss der optischen Elemente, z. B. der des das optische Element bildenden polarisierten Hologramms 18, mit Ausnahme der Objektivlinse nahezu vernachlässigt werden kann. Als konkretes Beispiel kann bei einer auf 650 nm eingestellten Wellenlänge eines von der Oberflächenemissionslasermatrix 3 emittierten Laserstrahls eine Objektivlinse mit einer numerischen Apertur von 0.6 und einem finiten System mit einer Verstärkung m von 6, die optimal für eine DVD ausgelegt ist, verwendet werden. Die Oberflächenemissionslasermatrix 3, in der der Rasterabstand L1 der ersten Laserstrahlquellengruppe 3a für CD 90 μm und der Rasterabstand L2 der zweiten Laserstrahlgruppe 3b für DVD 41,6 μm beträgt, kann für die Objektivlinse 5 verwendet werden. Deshalb wird ein optischer Aufnehmer erhalten, der solche bevorzugten Leistungsmerkmale hat, dass der Abstand zwischen den konvergenten Flecken eines Hauptstrahls und eines Teilstrahl für CD durch die Objektivlinse 5 auf 15 μm und der Abstand zwischen den konvergenten Flecken eines Hauptstrahl und eines Teilstrahls für DVD auf 6,9 μm eingestellt wird. Der Abstand (d. h. der Abstand zwischen den Laserstrahlquellen LD2a und LD2b) zwischen der ersten Laserstrahlquellengruppe 3a und der zweiten Laserstrahlquellengruppe 3b wird auf 40 μm eingestellt.
  • Ferner ist die im optischen Aufnehmer 2 dieser Ausführungsform verwendete Objektivlinse 5 so ausgelegt, dass eine Aberration auf eine Bildhöhe von ±50 μm korrigiert werden kann, um eine weniger strenge Fertigung- oder Montagepräzision zu ermöglichen. Da die Verstärkung m der Objektivlinse 5 dieser Ausführungsform 6 beträgt, gestattet die Objektivlinse 5 einen Versatz der Lichtquelle zur optischen Achse um maximal ±300 μm. Wird deshalb der durch Verbinden der Laserstrahlquellen LD2a und LD2b, die sich in der Mitte der ersten bzw. zweiten Laserstrahlquellengruppe 3a bzw. 3b befinden, erhaltene Zwischenpunkt als optische Achse definiert, obwohl zu berücksichtigen ist, dass die Laserstrahlquelle LD1a oder LD3a gegenüber der optischen Achse um maximal 93 μm versetzt ist, können Laserstrahlen, die von sämtlichen Lichtquellen aller ersten und zweiten Laserstrahlgruppen emittiert werden, durch die Objektivlinse 5 dieser Ausführungsform auf der Aufzeichnungsoberfläche einer CD oder DVD auf nahezu den Beugungsgrenzwert zur Konvergenz gebracht werden.
  • Beim optischen Aufnehmer 2 muss eine Mehrzahl Laserstrahlquellen zur Anwendung des Drei-Strahlen-Verfahrens angeordnet werden, um Platten mit unterschiedlichen technischen Daten bearbeiten zu können, und der oben beschriebene Oberflächenemissionslaser wird optimal gewählt. Insbesondere sind bei einem Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslaser (vertical cavity surface emitting laser – im Folgenden als VCSEL bezeichnet) das Ausmaß der Dichte und der Anordnung in einer Ebene groß. Der VCSEL ist für den optischen Aufnehmer 2 dieser Ausführungsform am besten geeignet.
  • Wird beim optischen Aufnehmer 2 dieser Ausführungsform die optische Speicherplatte 1b mit hoher Aufzeichnungsdichte und dünnem Substrat eingestellt, wird die zweite Laserstrahlquellengruppe 3b der Oberflächenemissionslasermatrix 3 vom Laserstrahlquellenselektor 11 des in 1 dargestellten optischen Aufzeichnungssystems gewählt. Die Laserstrahlen 7b werden von den die zweite Laserstrahlquellengruppe 3b bildenden drei Laserstrahlquellen LD1b, LD2b und LD3b abgestrahlt. Die mittlere Laserstrahlquellengruppe LD2b dieser Laserstrahlquellen dient als Hauptstrahlquelle zur Ausgabe eines Datensignals und eines Fokussierfehlersignals durch ein astigmatisches Aberrationsverfahren, und die zu beiden Seiten der Laserstrahlquelle LD2b angeordneten Laserstrahlquel len LD1b und LD3b dienen als Teilstrahlquellen zur Ausgabe von Spurfehlersignalen nach dem Drei-Strahlen-Verfahren. Diese von den Laserstrahlquellen LD1b, LD2b und LD3b emittierten Laserstrahlen 7b werden auf der Aufzeichnungsschicht der optischen Speicherplatte 1b durch die Objektivlinse 5 des optischen Elements 15 zur Konvergenz gebracht. Die Objektivlinse 5 dieser Ausführungsform ist optimal ausgelegt, so dass der Laserstrahl 7b mit einem großen Strahlungswinkel, der von der zweiten Laserstrahlquellengruppe 3b emittiert wird, auf den Beugungsgrenzwert auf der Aufzeichnungsschicht der dünnen optischen Speicherplatte 1b zur Konvergenz gebracht werden kann, wenn die effektive numerische Apertur NA 0.6 ist. Deshalb können die Positionssteuerung mit hoher Präzision stabil mit der optischen Speicherplatte 1b nach dem DVD-Standard und ein Aufzeichnungs-/Wiedergabeprozess zuverlässig durchgeführt werden.
  • Wird dagegen ein Prozess unter Verwendung des optischen Aufnehmers 2 dieser Ausführungsform für die dicke optische Speicherplatte 1a mit niedriger Aufzeichnungsdichte durchgeführt, wird die erste Laserstrahlquellengruppe 3a der Oberflächenemissionslasermatrix vom Laserstrahlquellenselektor 11 des in 1 dargestellten optischen Aufzeichnungssystems gewählt, und Laserstrahlen 7a werden von den die ersten Laserstrahlquellengruppe 3a bildenden drei Laserstrahlquellen LD1a, LD2a und LD3a abgestrahlt. Die mittlere Laserstrahlquellengruppe LD2a dieser Laserstrahlquellen dient als Hauptstrahlquelle zur Ausgabe eines Datensignals und eines Fokussierfehlersignals durch ein astigmatisches Aberrationsverfahren, und die zu beiden Seiten der Laserstrahlquelle LD2a angeordneten Laserstrahlquellen LD1a und LD3a dienen als Teilstrahlquellen zur Ausgabe von Spurfehlersignalen nach dem Drei-Strahlen-Verfahren. Die von der Laserstrahlquellengruppe 3a emittierten Laserstrahlen 7a werden auf der Aufzeichnungsschicht der optischen Speicherplatte 1a durch die Objektivlinse 5 zur Konvergenz gebracht. Die Laserstrahlquelle 3a ist so ausgelegt, dass ein Laserstrahl mit einem kleineren Strahlungswinkel als der des von der Laserstrahlquelle 3b erhaltenen Strahlungswinkel abgestrahlt wird, so dass die effektive NA auf 0.35 eingestellt ist, wenn ein von der Laserstrahlquelle 3a abgestrahlter Laserstrahl auf die Objektivlinse 5 trifft. Deshalb kann durch Verwenden des optischen Elements 15 (Objektivlinse 5), das eine große numerische Apertur hat und optimal für eine dünne optische Speicherplatte mit einer Substratdicke von 0,6 mm und einer hohen Aufzeichnungsdichte ausgelegt ist, ein konvergenter Fleck auf einer dicken optischen Speicherplatte mit einem Substrat von 1,2 mm und niedriger Aufzeichnungsdichte ausgebildet werden, während eine sphärische Aberration aufgrund eines Substratdickenfehlers unterdrückt wird. Beim optischen Aufnehmer 2 dieser Ausführungsform ist die numerische Apertur NA der Objektivlinse 5 durch den von der Laserstrahlquelle 3a abgestrahlten Laserstrahl auf 0.35 begrenzt, und der Laserstrahl 7a kann nahezu auf den Beugungsgrenzwert auf der optischen Speicherplatte 1a mit einer Substratdicke von 1,2 mm und niedriger Aufzeichnungsdichte konvergiert werden.
  • Ist die numerische Apertur des optischen Elements durch den Strahlungswinkel eines Laserstrahls begrenzt, werden eine Wellenaberration und ein Jitterwert in gewünschter Weise natürlich im Bereich der oben beschriebenen Ausführungsform eingestellt. Deshalb wird beim optischen Aufnehmer dieser Ausführungsform der Strahlungswinkel θ1 der ersten Laserstrahlquellengruppe 3a vorzugsweise bezüglich des Strahlungswinkels θ2 der zweiten Laserstrahlquellengruppe 3b so eingestellt, dass die Verringerungsrate der effektiven numerischen Apertur NA des optischen Elements (Objektivlinse) auf ca. 50 bis 64% eingestellt wird. Unter Berücksichtigung einer Herstel lungs- oder Montagetoleranz bei der Herstellung des optischen Aufnehmers wird die Aperturverringerungsrate mehr bevorzugt auf ca. 56% bis 60% eingestellt. Beim optischen Aufnehmer 2 dieser Ausführungsform wie auch bei den oben beschriebenen Ausführungsformen werden die Strahlungswinkel so gewählt, dass die effektive numerische Apertur NA auf ca. 58% eingestellt wird.
  • Auf diese Weise kann der optische Aufnehmer 2 dieser Ausführungsform das Drei-Strahlen-Verfahren anwenden, bei dem eine stabile Steuerung mit einer einfachen Anordnung für die optische Speicherplatte 1b mit hoher Aufzeichnungsdichte und die optische Speicherplatte 1a mit niedriger Aufzeichnungsdichte durchgeführt werden kann, die sich hinsichtlich Dicke und Spurabstand unterscheiden, und ein und dasselbe Steuerungssystem kann eine Spur- und Fokussiersteueroperation durchführen. Der optische Aufnehmer ist deshalb absolut mit optischen Speicherplatten mit unterschiedlichen technischen Daten kompatibel. Da außerdem der optische Aufnehmer die optischen Speicherplatten 1a und 1b verarbeiten kann, indem der Strahlungswinkel eines Laserstrahls geändert wird, kann ein optisches System, das nicht kompliziert zu werden braucht und eine hohe Zuverlässigkeit hat, verwendet werden und es kann ein kostengünstiger und kompakter optischer Aufnehmer bereitgestellt werden.
  • Um eine Mehrzahl Lichtquellen zum Abstrahlen einer Mehrzahl Laserstrahlen mit unterschiedlichen Strahlungswinkeln bilden zu können, kann natürlich eine Mehrzahl herkömmlicher kantenemittierender Laserdioden angeordnet werden. Allerdings lässt sich eine große Anzahl Halbleiter-Laserchips nicht leicht auf kleinem Raum anordnen, um das Drei-Strahlen-Verfahren auf eine Mehrzahl optischer Speicherplatten mit unterschiedlichen Spurbreiten anzuwenden. Außerdem ist ein Substrat zur Verbindung dieser Halbleiterchips miteinander für deren Betrieb erforderlich, wodurch der optische Aufnehmer ziemlich groß wird. Bei der Montage eines optischen Aufnehmers muss die Beziehung zwischen den Strahlungspositionen dieser Halbleiterchips und einer Lichtzellenanordnung zur Erfassung der reflektierten Laserstrahlen eingeregelt werden. Aus diesem Grund nimmt die Anzahl der Montageschritte des optischen Aufnehmers zu und dieser wird sehr teuer.
  • Im Gegensatz dazu wird gemäß dieser Erfindung die Oberflächenemissionslasermatrix 3, in der eine Mehrzahl Laserstrahlquellen zweidimensional in integrierter Bauweise angeordnet werden kann, als die Laserstrahlquellen verwendet. Deshalb kann eine Mehrzahl Laserstrahlquellen in einem kleinen Bereich angeordnet werden, und der Laserstrahl wird nicht von einer Kante emittiert, sondern senkrecht zum Substrat. Aus diesem Grund können wie oben beschrieben die Laserstrahlquellen und die Lichtzellen wie Fotodioden in einfacher Weise monolithisch auf ein und demselben Substrat ausgebildet werden. Insbesondere bei einem Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslaser (vertical cavity surface emitting laser – im Folgenden als VCSEL bezeichnet), bei dem der Resonanzweg senkrecht zum Substrat angeordnet ist und der in der oben beschriebenen Ausführungsform verwendet wird, sind die Konzentration der zweidimensionalen Anordnung und der Freiheitsgrad einer Anordnung in einer Ebene hoch. Der VCSEL ist für den optischen Aufnehmer dieser Ausführungsform am besten geeignet.
  • 9 zeigt die Anordnung eines VCSEL anhand eines Querschnitts. 10 zeigt den VCSEL dieser Ausführungsform bei Blickrichtung von der Emissionsseite des Laserstrahls aus. Der VCSEL der Ausführungsform weist einen optischen Resonator 20 auf, in dem ein Mehrzahl Halbleiterschichten zwischen einem Paar Metallschichten 21 und 32 gestapelt sind. Ein GaAs-Substrat 22 des n-Typs, eine GaAs-Pufferschicht 23 des n-Typs, 60 Paare verteilter Halbleiter-Bragg-Reflektoren 24, die jeweils aus einer AIAs-Schicht des n-Typs und einer Al0,5Ga0,5As-Schicht des n-Typs bestehen und zusammen einen Reflexionsgrad von 99% oder darüber bezüglich des Lichts mit einer Wellenlänge von ca. 650 nm haben, eine Al0,7Ga0,3As-Mantelschicht 25 des n-Typs, eine aktive Multiquantentopfschicht 26 bestehend aus fünf Ga0,5In0,5P-Topfschichten des n-Typs und einer (Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P-Scherrschicht, eine Al0,7Ga0,3As-Mantelschicht 27 des p-Typs und eine Al0,7Ga0,8As-Kontaktschicht 28 des p-Typs sind nacheinander auf dem optischen Resonator 20 vom Boden aus gestapelt. Weiterhin sind 8 Paare dielektrischer Mehrschicht-Reflektoren 33, die jeweils aus einer ersten Schicht z. B. einer SiO2 Schicht wie SiO2 und einer zweiten Schicht z. B. einer TaOx Schicht wie Ta2O5 bestehen und einen Reflexionsgrad von 98,5% oder darüber bezüglich des Lichts mit einer Wellenlänge von ca. 650 nm haben, auf einer Fläche so ausgebildet, dass sie eine freiliegende Oberfläche 35 (im Folgenden als Apertur bezeichnet) der Kontaktschicht 28 auf der Emissionsseite hinreichend bedecken. Statt dessen können 50 Paare verteilter Halbleiter-Bragg-Reflektoren, die jeweils aus einer AIAs-Schicht des p-Typs und einer Al0,5Ga0,5As-Schicht des p-Typs bestehen und einen Reflexionsgrad von 98,5% oder darüber bezüglich des Lichts mit einer Wellenlänge von ca. 650 nm haben, auf der Emissionsseite der Mantelschicht 27 ausgebildet werden und eine Al0,3Ga0,7As-Kontaktschicht des p-Typs auf den verteilten Halbleiter-Bragg-Reflektoren wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen gestapelt werden. Zur Bildung dieser Stapelschichten kann epitaktisches Aufwachsen mittels des MOVPE-Verfahrens oder des MBE-Verfahrens angewendet werden.
  • Beim VCSEL dieser Ausführungsform werden die Kontaktschicht 28 und ein Teil der Mantelschicht 27 zu einer Form geätzt, die in Blickrichtung von der oberen Oberfläche des Resonators 20, d. h. der Emissionsseite aus säulenförmig oder nahezu säulenförmig ist, und diese Säule 34 mit einem Durchmesser ϕR dient als Resonanzabschnitt. Die Peripherie der Säule 34 ist in einer Isolierschicht 29 eingebettet, die aus einem Siliziumoxidfilm (SiOx Film) z. B. einem durch ein thermisches CVD-Verfahren gebildeten SiO2-Film und einer Metallschicht 30 wie einer Gold-Zinklegierung besteht. Die erste Isolierschicht 29 ist durchgehend um die Al0,5Ga0,5As-Mantelschicht 27 des p-Typs und die Oberfläche der Kontaktschicht 28 ausgebildet und die Metallschicht 30 ist so ausgebildet, dass sie einen Abschnitt um die erste Isolierschicht 29 herum bedeckt.
  • Eine zweite Isolierschicht 31, die aus einem Siliziumoxidfilm (SiOx Film) wie einem SiO2-Film durch ein Sputterverfahren hergestellt wird, ist auf der Oberfläche der Metallschicht 30 ausgebildet, wobei die Metallschicht (obere Elektrode) 32 aus Cr und einer Gold-Zinklegierung auf der zweiten Isolierschicht 31 ausgebildet ist, um in Kontakt mit der Kontaktschicht 28 zu stehen, und die Kontaktmetallschicht 32 dient als Elektrode zur Strominjektion. Die obere Elektrode 32 ist so angebracht, dass eine kreisförmige Öffnung an der Emissionsseite in der Säule 34 ausgebildet wird, und das Innere der oberen Elektrode 32 dient als Apertur 35. Deshalb wird beim VCSEL dieser Ausführungsform ein Strom von der oberen Elektrode 32 injiziert, zur aktiven Schicht 36 geleitet, um in Licht gewandelt zu werden; das Licht wird durch die Säule 34 verstärkt und der Laserstrahl wird aus der Apertur 35 nach außen emittiert.
  • Bei der Oberflächenemissionslasermatrix 3, die für den optischen Aufnehmer 2 dieser Ausführungsform verwendet wird, sind Laserstrahlquellen LD mit unterschiedlichen Strahlungswinkeln erforderlich. Eine Möglichkeit der Steuerung des Strahlungswinkels eines von der Apertur 35 emittierten Laserstrahls besteht in der Änderung des Durchmessers ϕW der Apertur 35.
  • Gemäß dieser Erfindung werden unterschiedliche Strahlungswinkel von Laserstrahlen mittels einer Mikrolinse erhalten.
  • Wie 11 zeigt, ist eine Mikrolinse 39 auf dem oberen Abschnitt des dielektrischen Mehrschicht-Reflektors 33 angeordnet und wird so gesteuert, dass ein Laserstrahl mit dem gewünschten Strahlungswinkel durch das Brechungsvermögen der Mikrolinse 39 emittiert wird. Die Mikrolinse 39 ist auf folgende Weise geformt. Das heißt, eine Öffnung ist durch eine fotolithographische Technik im Reflektor ausgebildet, die resultierende Struktur wird einer Ionenaustauschbehandlung unterzogen, um die reflektive Verteilung zu regeln, wodurch ein vorgegebenes Brechungsvermögen erzielt wird. Diese Struktur hat deshalb eine extrem hohe Anordnungskonzentration und einen extrem hohen Freiheitsgrad einer Anordnung in einer Ebene und eignet sich als Linsenmatrix des Oberflächenemissionslasers VCSEL dieser Ausführungsform. Beim optischen Aufnehmer 2 dieser Ausführungsform können Mikrolinsen (z. B. konkave Mikrolinsen) 39 mit negativem Brechungsvermögen auf den Laserstrahlquellen LD1b, LD2b und LD3b der Oberflächenemissionslasermatrix 3b zum Abstrahlen von Laserstrahlen mit großem Strahlungswinkel angeordnet werden, während keine Mikrolinsen 39 auf den Laserstrahlquellen LD1a, LD2a und LD3a für Laserstrahlen mit jeweils kleinem Strahlungswinkel angeordnet werden. Natürlich können die Mikrolinsen 39 auf allen Laserstrahlquellen LD angeordnet werden, und die Strahlungswinkel können gesteuert werden, indem das Brechungsvermögen der jeweiligen Mikrolinsen unterschiedlich eingestellt wird.
  • Wie oben beschrieben worden ist, werden Laserstrahlquellen, die Laserstrahlquellen mit unterschiedlichen Strahlungswinkeln abstrahlen können verwendet, und eine Mehrzahl Laserstrahlquellen mit unterschiedlichen Strahlungswinkeln kann auf kleinem Raum durch den Einsatz einer Oberflächenemissionslasermatrix ausgebildet werden. Aus diesem Grund kann ein optischer Aufnehmer, der die effektive numerische Apertur NA eines optischen Systems für optische Speicherplatten mit unterschiedlicher Dicke ändern kann, bereitgestellt werden. Der erfindungsgemäße optische Aufnehmer kann deshalb Strahlflecke auf jeder der optischen Speicherplatten mit unterschiedlicher Dicke zur Konvergenz bringen und ein reflektierter Strahl mit hoher Auflösung kann erhalten werden. Durch den Einsatz der Servofunktion des optischen Aufnehmers kann deshalb ein Aufzeichnungs-/Wiedergabeprozess mit den optischen Speicherplatten mit unterschiedlicher Dicke zuverlässig durchgeführt werden. Außerdem sind beim optischen Aufnehmer dieser Ausführungsform eine Mehrzahl Laserstrahlquellen in einer Oberflächenemissionslasermatrix in einem Rasterabstand angeordnet, der dem Spurabstand der jeweiligen optischen Speicherplatte entspricht, und eine Spurservooperation kann mit optischen Speicherplatten mit unterschiedlichem Spurabstand durch Anwendung des Drei-Strahlen-Verfahrens durchgeführt werden, das zuverlässig arbeitet. Deshalb kann die Datenverarbeitung mit einer Mehrzahl optischer Speicherplatten mit unterschiedlicher Aufzeichnungsdichte zuverlässiger durchgeführt werden.
  • Beim optischen Aufnehmer dieser Ausführungsform brauchen Prozesse wie die Verschiebung eines optischen Elements in einem optischen System, das Umschalten optischer Elemente und das Teilen eines Laserstrahls in eine Mehrzahl Laserstrahlen durch das optische System nicht durchgeführt zu werden. Deshalb kann ein kostengünstiges und äußerst zuverlässiges optisches System, das auf herkömmliche Weise eingesetzt wird, ohne Änderung verwendet werden. Die Laserstrahlquellengruppe der Oberflächenemissionslasermatrix kann entsprechend der Dicke und des Spurabstands einer optischen Speicherplatte gewählt werden. Da die Steuerung in einfacher Weise elektrisch erfolgen kann, kann sie zu niedrigen Kosten mit einer einfachen Anordnung verwirklicht werden, und es wird ein optischer Aufnehmer mit hoher Zuverlässigkeit und Lebensdauer bereitgestellt.
  • Da eine Laserstrahlquellengruppe entsprechend jeder optischen Speicherplatte selektiv verwendet werden kann, wird die Energie des Laserstrahls nicht gestreut, und es kann ein optischer Aufnehmer, der eine Energieverschwendung verhindert und eine niedrige Leistungsaufnahme hat, verwirklicht werden. Deshalb ist der optische Aufnehmer dieser Ausführungsform kostengünstig und äußerst zuverlässig, kann einen konvergenten Fleck auf einer optischen Speicherplatte bilden und eignet sich für ein Aufzeichnungsmedium mit Phasenänderung, ein programmierbares optisches Aufzeichnungsmedium wie ein magnetooptisches Aufzeichnungsmedium oder ein einmal beschreibbares optisches Aufzeichnungsmedium. Der optische Aufnehmer ist deshalb für ein optisches Aufzeichnungsgerät geeignet, das sämtliche verschiedenen Typen optischer Speicherplatten verarbeiten kann.
  • Obwohl bei dieser Ausführungsform zwei Reihen Laserstrahlquellengruppen mit unterschiedlichem Rasterabstand in der Oberflächenemissionslasermatrix angeordnet sind, ist die Anzahl Reihen nicht auf zwei begrenzt, und es können natürlich drei oder mehr Reihen vorgesehen werden. Obwohl diese Ausführungsform beispielhaft das Drei-Strahl-Verfahren verwendet, das sich die Eigenschaften der Oberflächenemissionslasermatrix zunutze macht, die die freie zweidimensionale Anordnung einer großen Anzahl Laserstrahlquellen gestattet, kann auch ein optischer Aufnehmer verwendet werden, der ein Spurfehlersignal mittels des Gegentaktverfahrens oder des Differenzphasen-Nachlaufverfahrens erhält, die in den vorigen Ausführungsformen beschrieben worden sind. Beim oben beschriebenen optischen Aufnehmer werden vorzugsweise mindestens zwei Laserstrahlquellen mit unterschiedlichen Strahlungswinkeln in der Oberflächenemissionslasermatrix angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist der Wert der numerischen Apertur NA nur beispielhaft angegeben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, sondern optische Aufnehmer gemäß der vorliegenden Erfindung decken natürlich alle optischen Aufnehmer ab, die in den Gültigkeitsbereich der beiliegenden Ansprüche fallen.
  • Wie oben beschrieben kann beim optischen Aufnehmer gemäß der vorliegenden Erfindung das Konvergenzverhalten eines optischen Systems, insbesondere die numerische Apertur, geändert und mindestens zwei Typen Laserstrahlen können von einer Oberflächenemissionslasermatrix emittiert werden. Diese Laserstrahlen werden von den obigen Laserstrahlquellen mit unterschiedlichem Strahlungswinkel emittiert, und der Strahlungswinkel des Laserstrahls kann durch eine Mikrolinse geändert werden. Diese Elemente lassen sich auf einfache Weise bei der Fertigung der Oberflä chenemissionslasermatrix integrieren, so dass der optische Aufnehmer dieser Ausführungsform kostengünstig hergestellt werden kann. Außerdem kann die Oberflächenemissionslasermatrix auf einfache Weise auf einem einzigen Halbleitersubstrat, auf der eine Lichtzelle ausgebildet ist, hergestellt werden. Diesbezüglich können die Herstellungskosten verringert werden. Da das Problem der Positionsabstimmung eines Laserelements und einer Lichtzelle nicht gegeben ist, kann ein kostengünstiger optischer Aufnehmer mit höherer Präzision bereitgestellt werden.
  • Durch die Verwendung eines optischen Aufnehmers gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein optischer Aufnehmer, der mit einer herkömmlichen dicken CD mit niedriger Aufzeichnungsdichte und einer dünnen DVD mit hoher Aufzeichnungsdichte, die vermutlich das Aufzeichnungsmedium der Zukunft ist, kompatibel ist, verwirklicht werden, und es kann ein optischer Aufnehmer, der sich für ein optisches Aufzeichnungssystem eignet, das einen Prozess mit all diesen optischen Aufzeichnungsmedien durchführen kann, bereitgestellt werden. Da eine hohe Fokussierleistung für jedes optische Aufzeichnungsmedium aufrechterhalten werden kann, kann ein optisches Aufzeichnungssystem oder ein Informationsverarbeitungssystem, das einen äußerst zuverlässigen Prozess durchführt und vorzugsweise Spur- und Fokussiersteuerung vornimmt, bereitgestellt werden.

Claims (9)

  1. Optischer Aufnehmer, umfassend eine Lichtquelle einer ersten und einer zweiten Laserstrahlquelle (LD1a–LD3a, LD1b–LD3b) zur Emission von wenigstens zwei Arten von Laserstrahlen (7a, 7b), ein optisches Element (5), das dazu dient, die emittierten Laserstrahlen (7a, 7b) auf einem optischen Aufzeichnungsmedium (1a, 1b) zur Konvergenz zu bringen, und eine Lichtdetektoranordnung (PD1a–PD3a, PD1b–PD3b) zur Erfassung eines reflektierten Strahls, der von dem optischen Aufzeichnungsmedium (1a, 1b) reflektiert ist, wobei das optische Element (5) verschiedene Werte der effektiven numerischen Apertur für die genannten wenigstens zwei Arten von Laserstrahlen (7a, 7b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Laserstrahlquelle (LD1a–LD3a, LD1b–LD3b) Vertikalhohlraum-Oberflächenemissionslaser sind, die so aufgebaut sind, daß ein Paar reflektierender Schichten (24, 33), eine Mantelschicht (25), eine aktive Schicht (26) und ein Paar Metallschichten (21, 32) in Emissionsrichtung des Laserstrahls (7a, 7b) zur Bildung optischer Resonatoren aufeinander gestapelt sind; und wenigstens eine der genannten ersten und zweiten Laserstrahlquellen (LD1a–LD3a, LD1b– LD3b) eine Mikrolinse (39) aufweist, die auf derjenigen der reflektierenden Schichten ausgebildet ist, die auf der Seite vorgesehen ist, auf der die Laserstrahlen (7a, 7b) emittiert werden.
  2. Optischer Aufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element (5) eine Objektivlinse umfaßt, die dazu dient, den ersten und den zweiten Laserstrahl (7a, 7b) auf einem optischen Aufzeichnungsmedium (1a, 1b) zur Konvergenz zu bringen.
  3. Optischer Aufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungswinkel des ersten Laserstrahls relativ zum Strahlungswinkel des zweiten Laserstrahls so gewählt ist, daß die numerische Apertur für einen der beiden Laserstrahlen (7a, 7b) etwa 50 bis 64% derjenigen für den anderen Laserstrahl beträgt.
  4. Optischer Aufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungswinkel des ersten Laserstrahls relativ zu dem Strahlungswinkel des zweiten Laserstrahls so gewählt ist, daß die numerische Apertur für einen der beiden Laserstrahlen (7a, 7b) etwa 56 bis 60% derjenigen für den anderen Laserstrahl beträgt.
  5. Optischer Aufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenemissionslaserstrahlquellen eine erste Laserstrahlquellengruppe umfassen, in der wenigstens drei erste Laserstrahlquellen (LD1a–LD3a) mit einem ersten Rasterabstand angeordnet sind, sowie eine zweite Laserstrahlquellengruppe, in der wenigstens drei zweite Laserstrahlquellen (LD1b–LD3b) mit einem zweiten Rasterabstand angeordnet sind, wobei der erste und der zweite Rasterabstand voneinander verschieden sind.
  6. Optischer Aufnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Verstärkung des optischen Elements (5) mit m bezeichnet wird, der erste Rasterabstand mit L1 und der zweite Rasterabstand mit L2, die folgende Beziehung erfüllt ist: m × (L2/L1) ≥ 2 (A)wobei L2 < L1.
  7. Optischer Aufnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Verstärkung des optischen Elements (5) mit m bezeichnet wird, der erste Rasterabstand mit L1 bezeichnet wird und der zweite Rasterabstand mit L2 bezeichnet wird, die folgende Beziehung erfüllt ist: m × (L2/L1) ≥ 8/3 (B)wobei L2 < L1.
  8. Optischer Aufnehmer nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Diffraktor (6) zum Beugen des reflektierten Strahls in Licht ±1. Ordnung, um dieses auf Lichtdetektoren der Lichtdetektoranordnung (PD1a–PD3a, PD1b–PD3b) zur Konvergenz zu bringen, die um die Lichtquelle herum angeordnet sind, wobei die Oberflächenemissionslaser und die Lichtdetektoren auf einem einzigen Halbleitersubstrat ausgebildet sind.
  9. Optisches Aufzeichnungssystem, gekennzeichnet durch: einen optischen Aufnehmer nach Anspruch 1, Laserstrahlsteuermittel (11) zur Steuerung der Oberflächenemissionslaser; und Positionssteuermittel (12, 16) zur Positionssteuerung des optischen Aufnehmers auf der Grundlage von Signalen von der Lichtdetektoranordnung (PD1a–PD3a, PD1b–PD3b).
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