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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Abtastgeräte, die
in der Lage sind, plattenähnliche Aufzeichnungsmedien
unterschiedlicher Formate zu verwenden, und insbesondere auf ein
optisches Abtastgerät,
bei dem eine Planarlinse mit einem abgestuften Gitter Verwendung
findet und mit dem Informationen auf CD-ähnlichen
Medien einschließlich
einer wiederbeschreibbaren CD (CD-RW) und einer DVD (Digital Versatile Disc)
aufgezeichnet oder von diesen wiedergegeben werden können.
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Es
besteht Bedarf daran, daß ein
optisches Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabegerät, das sich zum Aufzeichnen
und/oder Wiedergeben von Informationen auf einer und/oder von einer
DVD mit hoher Dichte eignet, mit CD-ähnlichen Medien, wie etwa einer
CD, einer beschreibbaren CD (CD-R), einer CD-RW, einer interaktiven
CD (CD-I) und einer CD plus Grafik (CD+G) kompatibel ist.
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Die
Standarddicke der CD-ähnlichen
Medien beträgt
1,2 mm, wohingegen die Dicke von DVDs unter Berücksichtigung der zulässigen Fehlers
beim Neigungswinkel einer Platte und der numerischen Apertur (NA) einer
Objektivlinse auf 0,6 mm festgelegt wurde. Wenn unter Verwendung
einer optischen Abtastvorrichtung für DVDs Informationen auf eine
CD aufgezeichnet oder von dieser wiedergegeben werden, treten demzufolge sphärische Aberrationen
infolge eines Dickenunterschiedes auf. Eine derartige sphärische Aberration
kann eine Lichtintensität,
die ausreichend ist, um ein Informations- (Hochfrequenz-) Signal
aufzuzeichnen nicht erzeugen, oder kann das Signal beeinträchtigen,
das von der CD wiedergegeben wird. Zudem verwenden DVDs und CD-ähnliche
Medien Licht unterschiedlicher Wellenlängen für die Wiedergabe: CDs verwenden
Licht mit einer Wellenlänge
von etwa 780 nm als Lichtquelle für die Wiedergabe, wohingegen
bei DVDs Licht mit einer Wellenlänge
von etwa 650 nm als Lichtquelle zur Verwendung gelangt. Somit ist
ein optisches Abtastgerät
erforderlich, das mit CDs kompatibel ist und eine optische Quelle
hat, die Licht unterschiedlicher Wellenlängen abstrahlen kann, sowie
einen Aufbau, bei dem optische Punkte an unterschiedlichen Brennpunktpositionen ausgebildet
werden können.
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Unter
Bezugnahme auf 1 enthält ein herkömmliches
kompatibles optisches Abtastgerät
eine erste optische Quelle 21, die Licht mit einer Wellenlänge von
etwa 650 nm abstrahlt, sowie eine zweite optische Quelle 31,
die Licht mit einer Wellenlänge
von etwa 780 nm abstrahlt. Die erste optische Quelle 21 eignet
sich für
eine relativ dünne
Platte 10a, wie etwa DVDs, und die zweite optische Quelle 31 ist
für eine
relativ dicke Platte 10b, wie etwa CDs geeignet. Licht,
das von der ersten optischen Quelle 21 abgestrahlt wird,
wird durch eine erste Kollimatorlinse 23 gebündelt, trifft
parallelgerichtet auf einen ersten Strahlteiler (PBS) 25 und
wird anschließend
durch den ersten PBS 25 auf die dünne Platte 10A reflektiert.
Nach der Reflexion durch die dünne
Platte 10a, wird das reflektierte Licht durch den ersten
PBS 25 übertragen
und anschließend
von einem ersten Fotodetektor 27 empfangen. Hier befinden
sich ein Interferenzfilter 41, das die Wege des Lichtes ändert, das
von der ersten und zweiten optischen Quelle 21 und 31 abgestrahlt
wird, eine 1/4-Wellenlängenplatte 43, eine
verstellbare Blende 45 und eine Objektivlinse 47,
die das auftreffende Licht bündelt,
auf einem optischen Weg zwischen dem ersten PBS 25 und
der Platte 10.
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Licht,
das von der zweiten optischen Quelle 31 abgestrahlt wird,
wird durch eine zweite Kollimatorlinse 33 gebündelt, trifft
parallelgerichtet auf einen zweiten PBS 35, durchläuft eine
Kondensorlinse 37 und trifft anschließend auf das Interferenzfilter 41.
Das Licht wird vom Interferenzfilter 41 reflektiert und
durchläuft
nacheinander die 1/4-Wellenlängenplatte 43,
die verstellbare Blende 45 sowie die Objektivlinse 47,
um einen optischen Punkt auf der dicken Scheibe 10b auszubilden.
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Das
Licht, das durch die relativ dicke Platte 10b reflektiert
wird, trifft auf das Interferenzfilter 41 durch die Objektivlinse 47,
die verstellbare Blende 45 und die 1/4-Wellenlängenplatte 43 und
wird anschließend durch
das Interferenzfilter 41 hin zum zweiten PBS 35 reflektiert.
Das Licht wird durch den zweiten PBS 35 reflektiert und
von einem zweiten Fotodetektor 39 empfangen.
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Das
Interferenzfilter 41, ein optisches Element zum Übertragen
oder Reflektieren auftreffenden Lichtes in Abhängigkeit der Wellenlänge des
auftreffenden Lichtes, überträgt das Licht,
das von der ersten optischen Quelle 21 abgestrahlt wird,
und reflektiert das Licht, das von der zweiten optischen Quelle 31 abgestrahlt wird.
Die 1/4-Wellenlängenplatte 42 ist
ein optisches Element, das die Polarisationsrichtung des eintreffenden Lichtes ändert. Licht,
das von der ersten und zweiten optischen Quelle 21 und 31 abgestrahlt
wird, durchläuft die
1/4-Wellenlängenplatte 43 zweimal
und setzt den Weg zum ersten und zweiten PBS 25 und 35 fort,
während
die Phase des polarisierten Lichtes um 90° verzögert wird.
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Unter
Bezugnahme auf 2 enthält die verstellbare
Blende 45 einen ersten Bereich 45a, dessen Größe veränderbar
ist, und einen zweiten Bereich 45b, der den ersten Bereich 45a begrenzt,
und überträgt wahlweise
das einfallende Licht. Die verstellbare Blende 45 entspricht
einem Bereich der Objektivlinse 47 mit einer NA von höchstens
0,6. Der erste Bereich 45a, der einem Bereich der Objektivlinse 47 mit
einer NA von höchstens
0,45 entspricht, überträgt vollständig das
Licht, das von der ersten und der zweiten Quelle 21 und 31 abgestrahlt
wird. Der zweite Bereich 45b, der mit mehreren dielektrischen
Dünnfilmen
in einer Dicke im Mikrometerbereich beschichtet ist, entspricht
einem Bereich der Objektivlinse mit einer NA von 0,45–0,6. Das heißt, der
zweite Bereich 45b überträgt Licht
mit einer Wellenlänge
von 650 nm vollständig
und reflektiert Licht mit einer Wellenlänge von 780 nm vollständig. Um
optische Aberrationen zu vermeiden, die im zweiten Bereich 45b auftreten,
besteht der erste Bereich 45a aus einem SiO2-Dünnfilm.
Die Objektivlinse 47 bündelt
Licht, das von der ersten und zweiten optischen Quelle 21 und 31 abgestrahlt
wird, um optische Punkte auf der Aufzeichnungsfläche der Platten 10a bzw. 10b auszubilden.
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Die
herkömmliche
kompatible optische Abtasteinrichtung, die oben beschrieben wurde,
und wie sie in EP-A-0747893 erläutert
ist, die für
die Bildung des Oberbegriffes von Anspruch 1 verwendet worden ist,
kann für
eine CD-R eingerichtet werden, indem zwei optische Quellen mit unterschiedlichen
Wellenlängen
verwendet werden. Da jedoch die herkömmliche kompatible optische
Abtasteinrichtung eine verstellbare Blende mit ersten und zweiten
Bereichen erfordert, die mit aufwendigen und teuren Verfahren hergestellt
wird, wird ein Zusammenbau einer derartigen optischen Abtasteinrichtung
kompliziert und teuer. Darüber
hinaus reflektiert die verstellbare Blende vollständig das
Licht zum Aufzeichnen auf einer CD-R, das von der zweiten optischen Quelle
abgestrahlt wird und auf einen Bereich mit einer NA von mindestens
0,45 trifft, und kann somit nicht bei einer optischen Abtasteinrichtung
für CD-RWs
verwendet werden, die eine NA von mindestens 0,5 und einen hohen
optischen Wirkungsgrad für
die Aufzeichnung erfordern.
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Ein
Ziel wenigstens der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung besteht darin, eine kompatible optische Abtasteinrichtung
anzugeben, mit der Informationen auf DVDs (Digital Versatile Discs)
und CD-artigen Medien, wie etwa CDs, beschreibbaren CDs (CD-Rs)
und wiederbeschreibbaren CDs (CD-RWs) aufgezeichnet oder von diesen
wiedergegeben werden können.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine optische Abtasteinrichtung gemäß dem beiliegenden
Anspruch 1 angegeben. Bevorzugte Merkmale der Erfindung werden aus
den abhängigen
Ansprüchen
und der folgenden Beschreibung deutlich.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine optische Abtasteinrichtung angegeben, enthaltend:
eine erste optische Quelle, die ein erstes Licht mit einer ersten
vorbestimmten Wellenlänge
abstrahlt; eine zweite optische Quelle, die ein zweites Licht mit
einer Wellenlänge
abstrahlt, die im Bezug auf jene des ersten Lichtes länger ist;
und eine Objektivlinse, die das erste und zweite Licht auf optische
Platten bündelt,
die unterschiedliche Dicken haben; gekennzeichnet durch eine optische
Brechungseinrichtung mit einem ersten inneren Bereich, der das erste
und zweite auf ihn treffende Licht ohne Brechung weiterleitet, und
einem zweiten äußeren Bereich,
der das erste auf ihn treffende Licht ohne Brechung weiterleitet
und das zweite Licht brechend zu einer optischen Achse weiterleitet.
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Vorzugsweise
ist die optische Brechungseinrichtung eine abgestufte Planarlinse,
bei der ein oder mehrere Stufenmusterabschnitte, die jeweils über mehrere
ringförmige
Gitter verfügen,
im zweiten Bereich angeordnet sind.
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Vorzugsweise
verringern sich die Tiefen der Gitter mit zunehmender Entfernung
von der optischen Achse.
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Vorzugsweise
enthält
das abgestufte Muster ein erstes abgestuftes Muster, das innerhalb
eines ersten ringförmigen
Radialbereiches der abgestuften Planarlinse ausgebildet ist, und
ein zweites abgestuftes Muster, das innerhalb eines zweiten ringförmigen Radialbereiches
ausgebildet ist.
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Vorzugsweise
ist das erste abgestufte Muster innerhalb eines Radialbereiches
von etwa 1.000–1.150 μm ausgebildet;
und das zweite abgestufte Muster ist innerhalb eines Radialbereiches
von etwa 1.150–1.200 μm ausgebildet.
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Vorzugsweise
grenzt der zweite äußere Bereich
unmittelbar an den ersten inneren Bereich.
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Vorzugsweise
enthält
die kompatible optische Abtasteinrichtung eine Optikweg-Änderungseinrichtung, um den
Verlaufsweg eines einfallenden Lichtes zu ändern.
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Vorzugsweise
ist das abgestufte Muster auf der Seite der abgestuften Planarlinse
ausgebildet, die der Optikweg-Änderungseinrichtung
zugewandt ist.
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Vorzugsweise
ist die optische Brechungseinrichtung auf der Seite der Objektivlinse
eingebaut, die der Optikweg-Änderungseinrichtung
zugewandt ist.
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Vorzugsweise
sind eine oder mehrere Einheiten eines abgestuften Musters, das über mehrere
ringförmige
Gitter verfügt,
im zweiten äußeren Bereich
angeordnet, wobei die Tiefen der Muster in jeder Einheit mit zunehmendem
Abstand von der optischen Achse geringer werden und die maximale
Tiefe derselben d ist. Vorzugsweise beträgt die Maximaltiefe d des oder
jedes Gitters etwa 6,4 μm.
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Vorzugsweise
enthält
die optische Abtasteinrichtung einen Fotodetektor, der ein Informationssignal und
ein Fehlersignal vom ersten Licht und vom zweiten Licht empfängt, das
durch die optischen Platten reflektiert wurde und die Optikweg-Änderungseinrichtung durchlaufen
hat.
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Vorzugsweise
enthält
die optische Abtasteinrichtung: eine erste Kollimatorlinse, die
sich auf dem optischen Weg zwischen der zweiten optischen Quelle
und der Optikweg-Änderungseinrichtung
befindet, die eintreffendes Licht vorbündelt und weiterleitet; sowie
eine zweite Kollimatorlinse, die sich auf dem optischen Weg zwischen
der Optikweg-Änderungseinrichtung
und der Objektivlinse befindet und eintreffendes Licht bündelt und
weiterleitet, um die optische Brennweite zwischen der zweiten optischen
Quelle und den optischen Platten einzustellen, wodurch der optische
Wirkungsgrad verbessert wird.
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Vorzugsweise
enthält
die optische Abtasteinrichtung: eine erste optische Einheit mit
einer ersten optischen Quelle, die ein erstes Licht mit einer Wellenlänge von
650 nm abstrahlt, sowie einem ersten Fotodetektor, der das erste
Licht empfängt;
und eine zweite optische Einheit mit einer zweiten Lichtquelle,
die ein zweites Licht mit einer Wellenlänge von 780 nm abstrahlt, sowie
einem zweiten Fotodetektor, der das zweite Licht empfängt; eine
Optikweg-Änderungseinrichtung,
die die Wege des ersten und des zweiten Lichtes ändert; und eine Objektivlinse,
die das erste Licht und das zweite Licht von der Optikweg-Änderungseinrichtung
bündelt,
um optische Punkte auf optischen Platten auszubilden, die unterschiedliche
Dicken haben.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung, und um zu zeigen, wie Ausführungsformen derselben in die Praxis
umgesetzt werden können,
wird nun beispielhaft auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen
Bezug genommen.
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In
diesen ist:
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1 eine schematische Darstellung
der optischen Anordnung einer herkömmlichen kompatiblen Abtasteinrichtung;
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2 eine schematische Darstellung
der verstellbaren Blende aus 1;
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3 eine schematische Darstellung,
die die optische Anordnung einer kompatiblen optischen Abtasteinrichtung
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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4 eine Perspektivansicht
der abgestuften Planarlinse, angepaßt als Ausführungsform einer optischen
Brechungseinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 ein Gittermuster, das
im zweiten Bereich der abgestuften Planarlinse gemäß der vorliegenden Ausführungsform
ausgebildet ist;
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6 eine Darstellung, die
die Brechungswirkung gemäß der Tiefe
und dem Intervall des Gittermusters darstellt, das im zweiten Bereich
der abgestuften Planarlinse gemäß der vorliegenden
Ausführungsform ausgebildet
ist;
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7 ein Graph, der die Änderung
der Brechungswirkung des ersten und des zweiten Lichtes von 6 gemäß der Tiefe des Gittermusters
darstellt;
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8 eine Teilansicht einer
kompatiblen optischen Abtasteinrichtung, die den Betrieb der abgestuften Planarlinse
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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9 ein Graph, der eine Änderung
der optischen Leistung im Bezug auf die Brennweite der Kollimatorlinse
darstellt;
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10 eine schematische Ansicht
einer abgestuften Planarlinse, die in eine Objektivlinse als weitere optische
Brechungseinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung eingebaut ist; und
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11 eine schematische Ansicht
der optischen Anordnung einer kompatiblem optischen Abtasteinrichtung
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Unter
Bezugnahme auf 3 enthält eine
kompatible optische Abtasteinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine erste und eine zweite optische Quelle 111 und 121, die
Licht unterschiedlicher Wellenlängen
abstrahlen, eine Optikweg-Änderungseinrichtung,
die den Weg eines einfallenden Lichtes ändert, eine Objektivlinse 137,
die das einfallende Licht derart bündelt, daß ein optischer Punkt auf einer
optischen Platte 100 ausgebildet wird, eine optische Brechungseinrichtung,
einen Fotodetektor 141, der ein Informations- (Hochfrequenz-)
Signal und ein Fehlersignal aus dem einfallenden Licht erfaßt, das durch
die optische Platte 100 reflektiert wird und die Optikweg-Änderungseinrichtung
durchläuft.
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Die
erste optische Quelle 111 strahlt ein erstes Licht I mit
einer Wellenlänge
von etwa 650 nm ab. Das abgestrahlte erste Licht I wird verwendet,
um Informationen auf einer relativ dünnen Platte 100a,
wie etwa einer DVD (Digital Versatile Disc) aufzuzeichnen oder von
dieser wiederzugeben. Zudem strahlt die zweite optische Quelle 121 ein
zweites Licht II mit einer Wellenlänge von etwa 780 nm ab, wobei dieses
abgestrahlte zweite Licht II verwendet wird, um Informationen auf
einer relativ dicken optischen Platte 100b, wie etwa einer
CD (Compact Disc) oder einer wiederbeschreibbaren CD (CD-RW) aufzuzeichnen
oder von dieser wiederzugeben.
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Die
Optikweg-Änderungseinrichtung
enthält
einen ersten Strahlteiler 113 zum Ändern des Ausbreitungsweges
des ersten Lichtes I, das von der ersten optischen Quelle 111 abgestrahlt
wird, und einen zweiten Strahlteiler 131, der zwischen
dem ersten Strahlteiler 113 und der Objektivlinse 137 angeordnet
ist und den Ausbreitungsweg des Lichtes ändert, das auf diesen auftrifft.
Der erste Strahlteiler 113 leitet das erste Licht I, das
von der ersten optischen Quelle 111 eintrifft, zur optischen
Platte 100, und das erste wie auch das zweite Licht I und
II, das durch die optische Platte 100 reflektiert wurde,
zum Fotodetektor 141. Der erste Strahlteiler 113 kann
einen kubischen Aufbau anstelle eines planen Aufbaus haben, wie
es in 3 dargestellt
ist.
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Der
zweite Strahlteiler 131 ändert die Ausbreitungswege
des auf ihn treffenden Lichtes durch teilweises Weiterleiten oder
Reflektieren des ersten und des zweiten Lichtes I und II. Im Fall
der optischen Anordnung, die in 3 dargestellt
ist, reflektiert der zweite Strahlteiler 131 einen Teil
des zweiten Lichtes II, das von der zweiten optischen Quelle 121 abgestrahlt
wurde, derart, daß es
sich zur optischen Platte 100 ausbreitet, und leitete den
Rest des zweiten Lichtes II weiter. Zudem leitet der zweite Strahlteiler 131 einen
Teil des ersten Lichtes I, das von der ersten optischen Quelle 111 abgestrahlt
wird, derart weiter, das es sich zur optischen Platte 100 ausbreitet,
und reflektiert den Rest des ersten Lichtes I. Der zweite Strahlteiler 131 leitet
einen Teil des Lichtes, das von der optischen Platte 100 reflektiert
wurde, derart weiter, daß es
sich zum Fotodetektor 141 ausbreitet.
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Die
kompatible optische Abtasteinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform
kann weiterhin einen Überwachungsdetektor 143 enthalten,
mit dem die Ausgabe des Lichtes erfaßt werden kann, das von der
ersten und zweiten optischen Quelle 111 und 121 abgestrahlt
wird. Der Überwachungsdetektor 143 erfaßt die Ausgabe
des Lichtes, das von der ersten und der zweiten optischen Quelle 111 und 121 abgestrahlt
wird, indem er das erste Licht I, das durch den zweiten Strahlteiler 131 reflektiert
und von der ersten optischen Quelle 111 abgestrahlt wurde,
sowie das zweite Licht II empfängt,
das durch den zweiten Strahlteiler weitergeleitet und von der zweiten
Lichtquelle 121 abgestrahlt wurde. Da hier die erste und
die zweite optische Quelle 111 und 121 wahlweise
in Übereinstimmung
mit dem Typ der verwendeten optischen Platte angesteuert werden, werden
das erste und das zweite Licht I und II nicht gleichzeitig vom Überwachungs-Fotodetektor 143 empfangen.
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Die
optische Brechungseinrichtung kann eine abgestufte Planarlinse 153 sein,
die auf einem optischen Weg zwischen der Optikweg-Änderungseinrichtung
und der Objektivlinse 137 angeordnet ist. Die abgestufte Planarlinse 135 leitet
des erste Licht I direkt weiter und leitet das zweite Licht II brechend
zu einer optischen Achse weiter. Unter Bezugnahme auf 3 und 4 hat die abgestufte Planarlinse 135 einen
ersten Bereich 135a, der einem Bereich der Objektivlinse 137 mit
einer numerischen Apertur (NA) von höchsten 0,3 entspricht, sowie
einen zweiten Bereich 135b, der den ersten Bereich 135a begrenzt
und einem Bereich mit einer NA von 0,3–0,5 entspricht. Zudem entspricht
der Durchmesser eines Bereiches A, der mit Strichlinien in 4 gekennzeichnet ist, einem
wirksamen Durchmesser der Objektivlinse 137 mit einer NA
von 0,6.
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Der
erste Bereich 135a kann das einfallende erste und zweite
Licht I und II direkt weiterleiten, da er kein Muster hat. Daneben
hat der zweite Bereich 135b ein ringförmiges Gittermuster mit einem
abgestuften Abschnitt. Der erste Bereich 135 hat eine Brechungswirkung
der 0-ten Ordnung von etwa 100%, wodurch er das erste und das zweite
Licht I und II direkt weiterleitet. Hier ist die Brechungswirkung
der 0-ten Ordnung
als Prozentsatz des weitergeleiteten Lichtes im Bezug auf die Größe des einfallenden
Lichtes ausgedrückt.
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Der
zweite Bereich 135b hat eine Brechungswirkung der 0-ten
Ordnung von etwa 100% im Bezug auf das erste auftreffende Licht
I und eine Brechungswirkung der 0-ten Ordnung von etwa 0% im Bezug auf
das zweite auftreffende Licht II. Zudem ist eine Brechungswirkung
der ersten Ordnung des zweiten Bereiches 135b im Bezug
auf das zweite Licht II etwa 70%. Hier ist die Brechungswirkung
der ersten Ordnung als Prozentsatz des gebrochenen Lichtes erster
Ordnung im Bezug auf den Umfang des einfallenden Lichtes ausgedrückt.
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5 zeigt ein Beispiel eines
Stufenmusters der abgestuften Planarlinse 135. Der Graph
von 5 zeigt den Abschnitt
der Muster, die im Quadrant I der X-Y-Koordinaten von 4 ausgebildet sind, und
die Schnittansicht von 5 zeigt
das Stufenmuster des zweiten Bereiches 135b. Unter Bezugnahme
auf 5 besteht das Stufenmuster
aus mehreren Gittern, deren Tiefe mit zunehmendem Abstand von der
optischen Achse geringer wird, wobei eine maximale Tiefe d des Stufenmuster
im Idealfall etwa 6,4 μm
beträgt.
Hier kann das Stufenmuster wiederholt werden. Das heißt, ein
Stufenmuster kann innerhalb eines ersten Radialbereiches von etwa
1.000–1.150 μm der abgestuften
Planarlinse 135 ausgebildet sein, und ein weiteres Stufenmuster
kann weiterhin innerhalb eines zweiten Radialbereiches, vorzugsweise
ringförmig
um den ersten Bereich angeordnet und vorzugsweise im Bereich von
etwa 1.150–1.200 μm ausgebildet
sein. Ein derartiges Stufenmuster der abgestuften Planarlinse 135 ist
der Optikweg-Änderungseinrichtung
zugewandt ausgebildet. Die Maximaltiefe d des Musters wird durch
ein Verfahren bestimmt, das im folgenden Beschrieben wird.
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Die
Brechungsleistung der abgestuften Planarlinse 135 ist durch
das Intervall und der Tiefe des Stufenmusters bestimmt. Unter Bezugnahme
auf 6 repräsentiert
die Vertikalachse die optische Achse der abgestuften Planarlinse 135 und
die Horizontalachse den Abstand in einer Radialrichtung. Zudem steht
T für einen
Stufenmusterabschnitt, wobei die Koeffizienten α, β, γ, die größer oder gleich 0 und kleiner
als 1 sind, die Beziehung α < β < γ erfüllen. Darüber hinaus
steht n0 für den Brechungsindex von Luft,
der normalerweise gleich 1 ist, und n0 repräsentiert
einen Brechungsindex der abgestuften Planarlinse 135.
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Unter
der Voraussetzung, daß x
eine willkürliche
Position in der Radialrichtung der abgestuften Planarlinse
135 repräsentiert,
hat die abgestufte Planarlinse
135 einen Transmissionskoeffizient
T
m der abgestuften Planarlinse
135 an
jeder Stelle in der Radialrichtung, der ausgedrückt ist durch:
wobei m für die Brechungsreihenfolge, π für die Wellenlänge und
d für die
Maximaltiefe des Stufenmusters steht. Der optische Wirkungsgrad
ist gleich dem absoluten Quadrat des Transmissionskoeffizienten
T
m. Zudem wird mit der Gleichung (1) die Übertragung
der abgestuften Planarlinse
135 gemäß dem Abschnitt derselben durch
folgende Funktion (2) ausgedrückt:
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Darüber hinaus
enthält
die abgestufte Planarlinse
135 Gitter in Stufenmustern,
wobei die Zahl der Gitter in einem Stufenmusterabschnitt ausgedrückt ist
durch
wobei N eine ganze Zahl ist,
die für
die Zahl der Gitter in einem Stufenmusterabschnitt steht, λ
1 die
Wellenlänge des
ersten Lichtes und λ
2 die Wellenlänge des zweiten Lichtes repräsentiert.
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Darüber hinaus
ist der Stufenunterschied jedes Gitters der abgestuften Planarlinse
135 gleich,
wobei ein derartiger Stufenunterschied eine Phasendifferenz im zweiten
Licht II bewirkt, die die folgende Gleichung (4) erfüllt, so
daß die
Phasendifferenz des zweiten Lichtes II, das auf den ersten Bereich
135a mit
einer NA von höchsten
0,3 trifft, gleich jener des zweiten Lichtes II ist, das auf den
zweiten Bereich
135b trifft, wodurch eine sphärische Aberration
beseitigt wird.
wobei δ
i für die optische
Phasendifferenz durch den i-ten Stufenunterschied von der optischen
Mitte der abgestuften Planarlinse steht und d
i die
Tiefe des i-ten Stufenunterschiedes bezeichnet.
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7 ist ein Graph, der die
Brechungsleistung des Lichtes, das von unterschiedlichen optischen
Quellen abgestrahlt wird, gemäß der Tiefe
des Musters darstellt, die bei der Entwicklung einer abgestuften
Planarlinse berücksichtigt
wird. In 7 steht die
X-Achse für
die Tiefe des Musters und die Y-Achse für die Brechungsleistung. Eine
Kurve, die mit einer Punktlinie gekennzeichnet ist, stellt die Brechungsleistung
0-ter Ordnung im Bezug auf das erste Licht I dar, eine Kurve, die
als Vollinie mit leeren Kreisen dargestellt ist, repräsentiert
die Brechungsleistung erster Ordnung im Bezug auf das zweite Licht
II und eine Kurve in Gestalt einer Vollinie steht für die Brechungsleistung
0-ter Ordnung im Bezug auf das zweite Licht II. Hier bedeutet das
Minus (–)
eine Brechung hin zur optischen Achse der Objektivlinse.
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Wenn
beim Graph von 7 die
Tiefe des Musters etwa 6.400 nm (6,4 μm) beträgt, liegt die Brechungsleistung
der 0-ten Ordnung des ersten Lichtes I bei etwa 1 und jene des zweiten
Lichtes II bei etwa 0. Zudem ist die Brechungsleistung erster Ordnung
des zweiten Lichtes II etwa 0,75. Demzufolge ist die maximale Tiefe
d des Musters der abgestuften Linse 135 gemäß der vorliegenden
Erfindung auf etwa 6,4 μm
eingestellt, so daß die
Brechungsleistung der 0-ten Ordnung des ersten Lichtes I im zweiten
Bereich 135b etwa 100% beträgt und jene des zweiten Lichtes
II darin dicht bei 0% liegt.
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Unter
Bezugnahme auf 8 leitet
die abgestufte Planarlinse 135 während des Betriebs das erste Licht
I sowohl im ersten Bereich als auch im zweiten Bereich 135a und 135b direkt
weiter. Zudem leitet die abgestufte Planarlinse 135 das
zweite Licht II im ersten Bereich 135a direkt weiter, während sie
das zweite Licht II brechend zur ersten Ordnung im zweiten Bereich 135b überträgt. Somit
trifft ein Teil des ersten Lichtes I, das durch die abgestufte Planarlinse 135 weitergeleitet
wird, auf einen Bereich der Objektivlinse 137 mit einer NA
von 0,3–0,5
und wird auf die dünne
optische Scheibe 100a gebündelt, wohingegen das zweite
Licht II, das durch die abgestufte Linse 135 weitergeleitet
wird, auf einen Bereich der Objektivlinse 137 mit einer
NA von höchstens
0,3 trifft und auf die dicke optische Platte 100b gebündelt wird.
Wie es oben beschrieben wurde, können
bei der optischen Abtasteinrichtung der vorliegenden Erfindung das
erste und das zweite Licht I und II an unterschiedlichen Stellen
fokussiert werden, indem die abgestufte Planarlinse 135 auf
dem optischen Weg angeordnet wird.
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Unter
Bezugnahme auf 3 hat
die Objektivlinse 137 beispielsweise ein NA von 0,6, um
sich für
die relativ dünne
optische Platte 100a zu eignen, und bündelt das einfallende erste
und zweite Licht I und II, das auf die optischen Platten 100a bzw. 100b fokussiert
werden soll. Der Fotodetektor 141 empfängt das Licht, das jeweils
durch die optischen Platten 100a und 100b reflektiert
wird und die Objektivlinse 137, die abgestufte Planarlinse 135 und
die Optikweg-Änderungseinrichtung
durchlaufen hat, um ein Fehlersignal und ein Informations- (HF-)
Signal aus dem empfangenen Licht zu erfassen.
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Vorzugsweise
enthält
die optische Abtasteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Gitter 123, eine erste und zweite Kollimatorlinse 125 und 133 sowie
eine Lichtempfangslinse 139. Das Gitter 123, das
ein einfallendes Licht brechend weiterleitet, um einen Spurfehler
durch ein Dreistrahlverfahren zu erfassen, befindet sich auf dem
optischen Weg zwischen der zweiten optischen Quelle 121 und
dem zweiten Strahlteiler 131. Das Gitter 123 leitet
Licht, das von der zweiten optischen Quelle 121 abgestrahlt
wird, brechend so weiter, daß es
wenigstens das Licht der 0-ten
und ± ersten
Ordnung wird.
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Die
erste und zweite Kollimatorlinse 125 und 133 bewirken,
daß das
einfallende Licht konvergiert, um die optischen Brennweiten zwischen
der ersten und zweiten optischen Quelle 111 und 121 und
den optischen Platten 100 einzustellen. Die erste Kollimatorlinse 125 befindet
sich auf dem optischen Weg zwischen der zweiten optischen Quelle 121 und
dem zweiten Strahlteiler 131 und bündelt das austretende Licht
vor, das von der zweiten optischen Quelle 121 abgestrahlt
wird. Die erste Kollimatorlinse 125 verkürzt die
optische Brennweite derart, daß sich
Licht, das von der zweiten optischen Quelle 121 abgestrahlt
wird, für
eine CD-RW eignet, die eine hohe optische Leistung erfordert. Die
zweite Kollimatorlinse 133 ist auf dem optischen Weg zwischen der
Objektivlinse 137 und der ersten und zweiten Quelle 111 und 121 angeordnet
und richtet das Licht parallel, das sich zur optischen Platte 100 ausbreitet.
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9 zeigt die optische Leistung
im Bezug auf die Brennweiten der ersten und zweiten Kollimatorlinse 125 und 133.
Wenn, wie in 9 dargestellt,
die Brennweite der ersten und zweiten Kollimatorlinse 125 und 133 jeweils
etwa 25 mm betragen, ist die optische Leistung 15,7% relativ zum
auftreffenden Licht und 50,2% bei einer Brennweite von 12 mm.
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Für den Fall,
bei dem eine CD-RW als dicke optische Platte 100b verwendet
wird, die eine optische Leistung von 8–21 mW in Abhängigkeit
der Schreibgeschwindigkeit benötigt,
kann die optische Brennweite auf etwa 12 mm durch Verwendung der
ersten Kollimatorlinse 125 verkürzt werden, wodurch die optische
Leistung gesteigert wird. Infolge dessen kann eine gewünschte optische
Leistung erzielt werden, die nicht ausschließlich von der optischen Leistung
der zweiten optischen Quelle 121 abhängig ist.
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Die
Lichtempfangseinrichtung 139 befindet sich zwischen dem
ersten Strahlteiler 113 und dem Photodetektor 141 und
verursacht einen Astigmatismus des durchlaufenden Lichtes, um ein
Brennpunktfehlersignal aus dem Licht zu erfassen.
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Die
optische Brechungseinrichtung kann auf einer Seite 137'a einer Objektivlinse 137' eingebaut sein, wie
es in 10 dargestellt
ist, anstelle als separate angestufte Planarlinse ausgeführt zu sein.
Wie bei der obigen abgestuften Planarlinse 135 kann die
optische Brechungseinrichtung, die in 10 dargestellt
ist, einen ersten Bereich 135'a haben, der das einfallende Licht
direkt weiterleitet, sowie einen zweiten Bereich 135'b, der den ersten
Bereich 135'a begrenzt
und das erste Licht I direkt weiterleitet und das zweite Licht II brechend
zur zweiten Achse weiterleitet. Zudem sind ein oder mehrere Stufenmuster,
die jeweils mehrere ringförmige
Gitter haben, im zweiten Bereich 135'b ausgebildet, wobei die Tiefen
der Gitter mit zunehmendem Abstand von der optischen Achse geringer
werden. Das Stufenmuster, das im zweiten Bereich 135'b ausgebildet ist,
ist im wesentlichen dasselbe wie es oben erwähnt wurde, weshalb eine detaillierte
Beschreibung hier nicht wiederholt wird.
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Unter
Bezugnahme auf 11 enthält eine
optische kompatible Abtasteinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine erste optische Einheit 210,
die ein erstes Licht I' mit einer
Wellenlänge
von etwa 650 nm abstrahlt und empfängt, eine zweite optische Einheit 220,
die ein zweites Licht mit einer Wellenlänge von etwa 780 nm abstrahlt
und empfängt,
eine Optikweg-Änderungseinrichtung, die
die Wege des ersten und zweiten Lichtes I' und II' ändert,
eine Objektivlinse 237, die einfallendes Licht bündelt, um
einen optischen Punkt auf einer optischen Platte 200 auszubilden,
sowie eine optische Brechungseinrichtung. Die kompatible optische
Abtasteinrichtung, die in 11 dargestellt
ist, ist dahingehend im wesentlichen dieselbe wie die kompatible
optische Abtasteinrichtung, die unter Bezugnahme auf 3 dargestellt ist, als daß eine abgestufte
Planarlinse 235 im optischen Weg angeordnet ist. Im Gegensatz
zur kompatiblen optischen Abtasteinrichtung der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält
die kompatible optische Abtasteinrichtung von 11 separate Fotodetektoren, wie etwa
einen ersten und einen zweiten Fotodetektor 219 und 227,
die das Licht empfangen, das von der ersten und der zweiten optischen
Quelle 211 bzw. 221 abgestrahlt wird.
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Die
erste optische Einheit 210 enthält die erste optische Quelle 211,
die das erste Licht I' abstrahlt, einen
Strahlteiler 213, der den Ausbreitungsweg des einfallenden
Lichtes ändert,
einen Überwachungs-Fotodetektor 215,
der Licht empfängt,
das von der ersten optischen Quelle 211 abgestrahlt und
anschließend
durch den Strahlteiler 213 abgelenkt wird, um die optische
Ausgabe der ersten optischen Quelle 211 zu erfassen, und
den ersten Fotodetektor 219, der Licht empfängt, das
durch eine relativ dünne
optische Platte 200a reflektiert wurde und anschließend den
Strahlteiler 213 durchlaufen hat. Die erste optische Einheit 210 kann
weiterhin eine erste Kollimatorlinse 214 enthalten, die
das strahlende einfallend Licht in parallelgerichtetes Licht umwandelt,
sowie eine Lichtempfangslinse 217, die sich zwischen dem
Strahlteiler 213 und dem ersten Fotodetektor 219 befindet.
Die Lichtempfangslinse 217 kann eine plane Hologrammlinse
sein, wie sie in 11 gezeigt
ist.
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Die
zweite optische Einheit 220 enthält eine zweite optische Quelle 211,
die ein zweites Licht II' abstrahlt,
ein holografisches optisches Element 223, das den Ausbreitungsweg
des einfallenden Lichtes ändert, und
einen zweiten Fotodetektor 227, der Licht empfängt, das
von einer relativ dicken optischen Platte 200b reflektiert
und durch das holografische optische Element 223 gebrochen
wurde. Die zweite optische Einheit 220 kann weiterhin eine
zweite Kollimatorlinse 225 enthalten, die das einfallende
sich ausbreitende Licht zu parallelgerichtetem Licht bündelt.
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Die
Optikweg-Änderungseinrichtung,
die sich auf dem optischen Weg zwischen der Objektivlinse 237 sowie
der ersten und der zweiten optischen Einheit 210 und 220 befindet
und den Ausbreitungsweg des Lichtes ändert, enthält einen PBS 231 zum
Weiterleiten/Reflektieren des einfallenden Lichtes gemäß der Polarisierungsrichtung
und eine Phasenverzögerungsplatte 233,
die eine Phasenverzögerung
des einfallenden Lichtes bewirkt. Die optische Brechungseinrichtung
besteht aus der abgestuften Planarlinse 235, wie es in 11 dargestellt ist. Die
optische Brechungseinrichtung ist im wesentlichen dieselbe wie die
optische Brechungseinrichtung, die unter Bezugnahme auf 4 bis 9 dargestellt ist, weshalb hier auf eine
detaillierte Beschreibung verzichtet wird.
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In
dem Fall, in dem die kompatible optische Abtasteinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung einen Reflexionsspiegel M auf dem optischen Weg enthält und parallelgerichtetes
Licht auf den Reflexionsspiegel M trifft, kann die Anordnung der
ersten und zweiten optischen Einheit 210 und 220 und
des PBS 231 unbeweglich sein, und die Objektivlinse 237,
die abgestufte Planarlinse 235, die Phasenverzögerungsplatte 233 sowie
der Reflexionsspiegel M können
in radialer Richtung der optischen Platte 200 beweglich
sein, um den Spuren zu folgen.
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Die
kompatible optische Abtasteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
die die optische Brechungseinrichtung, wie etwa die abgestufte Planarlinse,
auf dem optischen Weg enthält,
die einen einfachen Aufbau hat und keinen separaten Antrieb benötigt, kann
bei optischen Platten verwendet werden, die unterschiedliche Formate
aufweisen, wie etwa CD-artige Medien, einschließlich einer CD-RW und einer
DVD. Darüber
hinaus kann der optische Wirkungsgrad durch Verringerung der optischen
Brennweite mit der ersten und zweiten Kollimatorlinse anstelle durch
die optische Leistung der zweiten optischen Quelle allein verbessert werden.
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Wenngleich
diese Erfindung im besonderen unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen derselben
dargestellt und beschrieben wurde, wird es dem Fachmann verständlich sein,
das unterschiedliche Änderungen
in Form von Details vorgenommen werden können, ohne vom Geltungsbereich
der Erfindung abzuweichen, wie er in den anhängenden Ansprüchen beschrieben
ist.