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DE69809608T2 - Optischer Kopf mit einer zu vielen optischen Plattenformaten kompatiblen Objektivlinse - Google Patents

Optischer Kopf mit einer zu vielen optischen Plattenformaten kompatiblen Objektivlinse

Info

Publication number
DE69809608T2
DE69809608T2 DE69809608T DE69809608T DE69809608T2 DE 69809608 T2 DE69809608 T2 DE 69809608T2 DE 69809608 T DE69809608 T DE 69809608T DE 69809608 T DE69809608 T DE 69809608T DE 69809608 T2 DE69809608 T2 DE 69809608T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
light
region
medium
objective lens
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69809608T
Other languages
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DE69809608D1 (de
Inventor
Kun-Ho Cho
Chong-Sam Chung
Chul-Woo Lee
Jang-Hoon Yoo
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.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of DE69809608D1 publication Critical patent/DE69809608D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69809608T2 publication Critical patent/DE69809608T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Abnehmer mit einer Objektivlinse, die eine Funktion zum Bilden eines optischen Punktes auf der Informationsaufzeichnungsoberfläche von optischen Aufzeichnungsmedien verschiedener Formate aufweist, und insbesondere einen optischen Abnehmer mit einer Objektivlinse, die kompatibel für eine Vielzahl von optischen Platten mit jeweils anderen Formaten wie etwa DVD, CD-R, CD-RW, CD und LD verwendet wird.
  • Als Aufzeichnungsmedium zum Aufzeichnen und Wiedergeben von Informationen wie Video, Audio oder Daten mit hoher Dichte kann eine Platte, eine Karte oder ein Band verwendet werden. Hauptsächlich wird jedoch ein plattenartiges Aufzeichnungsmedium verwendet. Vor kurzem wurde ein optisches Plattensystem in der Form der LD, einer CD und DVD entwickelt. Wenn jedoch optische Platten mit jeweils unterschiedlichen Formaten wie etwa DVD, CD-R, CD, CD-RW und LD kompatibel zueinander verwendet werden, tritt eine optische Aberration aufgrund der Variation der Plattendicke und der Wellenlänge auf. Deshalb besteht Bedarf für einen optische Abnehmer, der mit verschiedenen Formaten von Platten kompatibel ist und die oben genannte optische Aberration beseitigt. In diesem Zusammenhang wurden optische Abnehmer entwickelt, die mit verschiedenen Formaten kompatibel sind.
  • Fig. 1A und 1B zeigen einen Teil eines herkömmlichen optischen Abnehmers, der mit verschiedenen Formaten kompatibel ist. Fig. 1A zeigt einen Fall, in dem Licht auf eine dünne optische Platte fokussiert wird, und Fig. 1B zeigt einen Fall, in dem Licht auf eine dicke optische Platte fokussiert wird. In Fig. 1A und 1B gibt das Bezugszeichen 1 eine Hologrammlinse an, gibt das Bezugszeichen 2 eine brechende Objektivlinse an, gibt das Bezugszeichen 3a eine dünne optische Platte an und gibt das Bezugszeichen 3b eine dicke optische Platte an. Das von einer nicht gezeigten Lichtquelle ausgegebene Licht wird durch ein Gittermuster 11 der Hologrammlinse 1 gebrochen, um entsprechend jeweils ein nichtgebrochenes Licht 40 nullter Ordnung und ein gebrochenes Licht 41 erster Ordnung zu erzeugen. Das nicht gebrochene Licht 40 nullter Ordnung wird durch die Objektivlinse 2 auf eine Informationsaufzeichnungsoberfläche einer optischen Platte 3a fokussiert. Das gebrochene Licht 41 erster Ordnung wird durch die Objektivlinse 2 auf eine Informationsaufzeichnungsoberfläche einer optischen Platte 3b fokussiert. Deshalb verwendet der in Fig. 1A und 1B gezeigte optische Abnehmer das nicht gebrochene Licht 40 nullter Ordnung und das gebrochene Licht 41 erster Ordnung, um Information auf den optischen Platten 3a und 3b mit jeweils unterschiedlicher Dicke aufzuzeichnen oder von denselben zu lesen.
  • Eine andere herkömmliche Technologie ist in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. Heisei 7-302437 vom 14. November 1995 angegeben, die dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1 und 5 zugrunde liegt. Eine in der vorstehend genannten Veröffentlichung angegebene Objektivlinse einer Optikkopf-Vorrichtung umfasst vom Zentrum der Objektivlinse einen oder mehrere ungerade nummerierte Bereiche mit einem Fokuspunkt, der mit einer Informationsaufzeichnungsoberfläche einer dünnen optischen Platte zusammenfällt, sowie einen oder mehrere gerade nummerierte Bereiche mit einem Fokuspunkt, der mit einer Informationsaufzeichnungsoberfläche einer dicken optischen Platte zusammenfällt. So wird im Fall der dünnen optischen Platte das durch die ungerade nummerierten Bereiche der Objektivlinse übertragene Licht verwendet, um Information von der dünnen optischen Platte zu lesen. Weiterhin wird im Fall der dicken optischen Platte das durch die gerade nummerierten Bereiche der Objektivlinse übertragene Licht verwendet, um Information von der dicken optischen Platte zu lesen.
  • Weil jedoch der in Fig. 1A und 1B gezeigte optische Abnehmer das einfallende Licht in Licht nullter Ordnung und in Licht erster Ordnung unterteilt, wird die Effizienz der Lichtnutzung herabgesetzt. Das heißt, weil das einfallende Licht durch die Hologrammlinse 1 in Licht nullter Ordnung und in Licht erster Ordnung unterteilt wird, wird nur das Licht nullter Ordnung oder das Licht erster Ordnung verwendet, um Information auf der optischen Platte aufzuzeichnen oder von derselben zu lesen, wobei der optische Abnehmer nur ungefähr 15% des einfallenden Lichtes nutzt, wodurch die Effizienz der Lichtnutzung herabgesetzt wird. Weiterhin enthält in Übereinstimmung mit der Dicke der verwendeten optischen Platte nur das Licht nullter Ordnung oder das Licht erster Ordnung, das von der entsprechenden optischen Platte 3A oder 3B reflektiert wird, tatsächlich gelesene Information. Das keine Information enthaltende Licht sieht ein Rauschen in einer Lichterfassungsoperation mit Bezug auf das Information enthaltende Licht vor. Das vorstehende Problem kann überwunden werden, indem die Hologrammlinse 1 der Linseneinrichtung verarbeitet wird. Wenn jedoch die Hologrammlinse 1 verarbeitet wird, erfordert ein Ätzprozess zum Herstellen eines feinen Hologrammmusters eine hohe Präzision. Dadurch werden die Herstellungskosten erhöht.
  • Im Fall des in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. Heisei 7-302437 angegebenen Standes der Technik wird nur das durch die ungerade nummerierten Bereiche oder die gerade nummerierten Bereiche übertragene Licht verwendet. Das hat zur Folge, dass die Effizienz der Lichtnutzung vermindert wird. Weil weiterhin die Anzahl der Fokuspunkte immer gleich zwei ist, sieht das keine Information enthaltende Licht ein Rauschen während der Lichterfassung vor, das die Erfassung der Information aus dem von der optischen Platte reflektierten Licht erschwert.
  • Die europäische Patentanmeldung EP-A-776004 (Konica) gibt ein Optiksystem zum Aufzeichnen und Wiedergeben eines optischen Aufzeichnungsmediums mit einer Lichtquelle, einer Kopplungslinse zum Umwandeln eines divergenten Lichts aus der Lichtquelle zu einem konvergenten Licht und einer Objektivlinse zum weiteren Konvergieren des umgewandelten konvergierenden Lichts sowie zum Fokussieren desselben auf einer Informationsaufzeichnungsoberfläche eines Informationsaufzeichnungsmediums an. Fig. 58 dieser Veröffentlichung zeigt eine Form einer Objektivlinse mit konzentrisch benachbarten mehrfachen und ringförmigen Linsenflächen, deren Zentren auf einer optischen Achse liegen und die jeweils eine andere Brechungskraft aufweisen, wobei sie derart angeordnet sind, dass ein in die Objektivlinse eintretender Lichtfluss durch die ringförmigen Linsenoberflächen unterteilt wird und auf der Aufzeichnungsoberfläche eines optischen Informationsaufzeichnungsmediums konvergiert wird, wobei die Linse derart angeordnet ist, dass die Konvergenz korrekt für sowohl ein 0,6 mm-Substrat als auch für ein 1,2 mm-Substrat erfolgt.
  • Die europäische Patentanmeldung EP-A-0838812 (Konica) zeigt in Fig. 2 eine andere optische Abnehmervorrichtung mit einer Objektivlinse, die der oben mit Bezug auf EP 776004 beschriebenen ähnlich ist.
  • Um die oben genannten Probleme zu lösen, ist es eine Aufgabe von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, einen optischen Abnehmer anzugeben, der eine hervorragende Signalerkennungsfunktion unabhängig von dem Plattenformat aufweist.
  • Es ist eine andere Aufgabe, eine Objektivlinse anzugeben, die kompatibel mit wenigstens zwei Substraten mit jeweils unterschiedlichen Dicken verwendet wird.
  • Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung verdeutlicht oder ergeben sich aus der Beschreibung bzw. der Realisierung der Erfindung.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Objektivlinse angegeben, die mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Informationsspeichermedium mit jeweils unterschiedlichen Dicken kompatibel ist, wobei die Objektivlinse umfasst: einen Innenbereich, einen ringförmigen Linsenbereich und einen Außenbereich, die in einem Scheitel zentriert sind, wobei der ringförmige Linsenbereich den Innenbereich von dem Außenbereich trennt, wobei der Innenbereich, der ringförmige Linsenbereich und der Außenbereich eine asphärische Form aufweisen, so dass beim Lesen des ersten Mediums das durch den Innenbereich und den Außenbereich übertragene Licht in einen einzigen Lichtpunkt fokussiert wird, durch den Information von der Informationsaufzeichnungsoberfläche des ersten Mediums gelesen wird, und durch den ringförmigen Linsenbereich übertragenes Licht gestreut wird, so dass es nicht auf der Informationsaufzeichnungsoberfläche des ersten Mediums fokussiert wird, während beim Lesen des zweiten Mediums das durch den Innenbereich und den ringförmigen Linsenbereich übertragene Licht in einen einzigen Lichtpunkt fokussiert wird, durch den Information von der Informationsaufzeichnungsoberfläche des zweiten Mediums gelesen wird, und durch den Außenbereich übertragenes Licht gestreut wird, so dass es nicht auf die Informationsaufzeichnungsoberfläche des zweiten Mediums fokussiert wird, wobei das zweite Medium dicker als das erste Medium ist und wobei die Objektivlinse dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Differenz ΔZ zwischen einer Fokaldistanz des ringförmigen Linsenbereichs und derjenigen des Innenbereichs gleich einer Defokussierungsgröße ist, die durch die folgende Beziehung bestimmt wird: ΔZ = - (2W&sub4;&sub0;)/(NA)², wobei NA die numerische Apertur in dem Innenbereich ist und W&sub4;&sub0; ein sphärischer Aberrationskoeffizient bei Verwendung des zweiten Mediums ist.
  • Vorzugsweise bildet eine Oberfläche des ringförmigen Linsenbereichs eine Schrittdifferenz für die Oberfläche des Innen- oder Außenbereichs.
  • Vorzugsweise bildet die Oberfläche des ringförmigen Linsenbereichs die Schrittdifferenz mit der Oberfläche des Innenbereichs, wobei die Schrittdifferenz ein derartiger Wert ist, dass eine Lichtpfaddifferenz zwischen dem durch den Innenbereich hindurchgehenden Licht und dem durch den ringförmigen Linsenbereich hindurchgehenden Licht ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge des von der Lichtquelle emittierten Lichtes ist.
  • Vorzugsweise bildet die Oberfläche des ringförmigen Linsenbereichs die Schrittdifferenz mit der Oberfläche des Außenbereichs, wobei die Schrittdifferenz ein derartiger Wert ist, dass eine Lichtpfaddifferenz zwischen dem durch den Innenbereich hindurchgehenden Licht und dem durch den ringförmigen Linsenbereich hindurchgehenden Licht ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge des von der Lichtquelle emittierten Lichtes ist.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein optischer Abnehmer in einer optischen Vorrichtung angegeben, der mit wenigstens einem ersten und einem zweiten optischen Aufzeichnungsmedium mit jeweils unterschiedlicher Dicke kompatibel ist, wobei der optische Abnehmer umfasst: eine erste Listquelle zum Emittieren von Licht zu der Objektivlinse, wobei die Objektivlinse derart angeordnet ist, dass sie das von der Lichtquelle emittierte erste Licht auf einen einzigen Lichtpunkt auf der Informationsaufzeichnungsfläche eines bestimmten optischen Aufzeichnungsmediums fokussiert, und einen Lichtdetektor zum Feststellen des durch die Objektivlinse übertragenen Lichtes, nachdem dieses von der Informationsaufzeichnungsoberfläche des optischen Aufzeichnungsmediums, auf welches der Lichtpunkt fokussiert wird, reflektiert wurde, wobei die Objektivlinse mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Medium mit jeweils unterschiedlichen Dicken und Informationsaufzeichnungsoberflächen zum Speichern von Information kompatibel ist, wobei die Objektivlinse umfasst: einen Innenbereich, einen ringförmigen Linsenbereich und einen Außenbereich, die in einem Scheitel zentriert sind, wobei der ringförmige Linsenbereich den Innenbereich von dem Außenbereich trennt, wobei der Innenbereich, der ringförmige Linsenbereich und der Außenbereich asphärische Formen aufweisen, so dass beim Lesen des ersten Mediums das durch den Innenbereich und den Außenbereich übertragene Licht in einen einzeigen Lichtpunkt fokussiert wird, durch den Information von der Informationsaufzeichnungsoberfläche des ersten Mediums gelesen wird, und das durch den ringförmigen Linsenbereich übertragene Licht gestreut wird, so dass es nicht auf der Informationsaufzeichnungsoberfläche des ersten Mediums fokussiert wird, während beim Lesen des zweiten Mediums das durch den Innenbereich und den ringförmigen Linsenbereich übertragene Licht in einen einzigen Lichtpunkt fokussiert wird, durch den Information von der Informationsaufzeichnungsoberfläche des zweiten Mediums gelesen wird, und durch den Außenbereich übertragenes Licht gestreut wird, so dass es nicht auf die Informationsaufzeichnungsoberfläche des zweiten Mediums fokussiert wird, wobei das zweite Medium dicker als das erste Medium ist und wobei der optische Abnehmer dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Differenz ΔZ zwischen einer Fokaldistanz des ringförmigen Linsenbereichs und derjenigen des Innenbereichs gleich einer Defokussierungsgröße ist, die durch die folgende Beziehung bestimmt wird: ZΔ = -(2W&sub4;&sub0;)/(NA)², wobei NA die numerische Apertur in dem Innenbereich ist und W&sub4;&sub0; ein sphärischer Aberrationskoeffizient bei Verwendung des zweiten Mediums ist.
  • Vorzugsweise weist die Objektivlinse eine derartige Arbeitsdistanz auf, dass das durch den Innenbereich übertragene Licht in einen einzigen Lichtpunkt mit einer minimalen optischen Aberration auf der Informationsaufzeichnungsoberfläche des zweiten Mediums während des Lesens des zweiten Mediums fokussiert wird.
  • Die asphärische Oberflächenform des Innenbereichs kann derart beschaffen sein, dass das durch den Innenbereich übertragene Licht in einen einzigen Lichtpunkt der Informationsaufzeichnungsoberfläche des ersten optischen Mediums fokussiert wird, wobei dasselbe Licht in einen optischen Punkt mit einer minimalen optischen Aberration auf der Informationsaufzeichnungsoberfläche des zweiten optischen Mediums während der Wiedergabe des zweiten Mediums mit der genannten Arbeitsdistanz fokussiert wird.
  • Vorzugsweise ist die asphärische Form des ringförmigen Linsenbereichs derart beschaffen, dass das durch den ringförmigen Linsenbereich übertragene Licht in einen einzigen Lichtpunkt ohne sphärische Aberration auf der Informationsaufzeichnungsoberfläche des zweiten optischen Aufzeichnungsmediums während der Wiedergabe des zweiten optischen Aufzeichnungsmediums mit einem dicken Substrat fokussiert wird.
  • Die zweite Lichtquelle kann Licht mit einer Wellenlänge emittieren, die sich von der Wellenlänge des aus der ersten Lichtquelle emittierten Lichts unterscheidet.
  • Der optische Abnehmer kann weiterhin einen Strahlenteiler umfassen, der eine Strahlteilungskennlinie in Bezug auf jeden aus der Vielzahl von Strahlen aufweist, die jeweils aus der ersten Lichtquelle und der zweiten Lichtquelle emittiert werden.
  • Vorzugsweise weist der Innenbereich der Objektivlinse eine numerische Apertur mit einem Wert NA auf, der die folgende Gleichung erfüllt: 0,8λ/NA~ Punktgröße, wobei λ die Wellenlänge des von der Lichtquelle emittierten Lichtes wiedergibt und die Punktgröße die Größe eines Punktes ist, den das durch die Objektivlinse hindurchgehende Licht auf einer Platte bildet.
  • Die Objektivlinse kann einen Defokussierungskoeffizienten W&sub2;&sub0; aufweisen, der eine optische Aberration in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung minimiert: W&sub2;&sub0; = -W&sub4;&sub0;, wobei W&sub4;&sub0; ein sphärischer Aberrationskoeffizient ist, der aufgrund einer Differenz zwischen der ersten und der zweiten Dicke erzeugt wird.
  • Vorzugsweise folgt die Defokussierungsgröße ΔZ der Objektivlinse der folgenden Gleichung: ΔZ = -(2W&sub4;&sub0;)/(NA)², wobei NA der Wert der numerischen Apertur des Innenbereichs ist.
  • Der optische Abnehmer kann weiterhin umfassen: eine Trenneinheit, um das von der Lichtquelle übertragene einfallende Licht von dem durch die Platte reflektierten Licht zu trennen.
  • Der optische Abnehmer kann weiterhin umfassen: eine Kollimatorlinse, die in einem linearen Pfad zwischen der Objektivlinse und dem Lichtdetektor angeordnet ist, um das einfallende und durch die Trenneinheit getrennte Licht zu kollimatieren und das reflektierte Licht von der Platte zurück zur Trenneinheit zu übertragen, und eine Lichtdetektorlinse zum Fokussieren des reflektierten Lichtes, das durch die Trenneinheit hindurchgeht, auf den Detektor.
  • Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie Ausführungsformen derselben realisiert werden können, wird im Folgenden beispielhaft auf die beigefügten diagrammatischen Zeichnungen Bezug genommen:
  • Fig. 1A und, 1B zeigen einen herkömmlichen optischen Abnehmer mit einer Hologrammlinse und einer brechenden Objektivlinse,
  • Fig. 2A zeigt, dass eine Objektivlinse gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen optischen Punkt auf einer Informationsaufzeichnungsoberfläche einer dünnen optischen Platte bildet,
  • Fig. 2B zeigt, dass die Objektivlinse gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen optischen Punkt auf einer Informationsaufzeichnungsoberfläche einer dicken optischen Platte bildet,
  • Fig. 2C zeigt, eine Objektivlinse gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von einer Lichtquelle aus gesehen, wobei Abschnitte eines Innenbereichs, eines ringförmigen Linsenbereichs und eines Außenbereichs der Objektivlinse gezeigt sind,
  • Fig. 2D zeigt einen vergrößerten ringförmigen Linsenbereichsteil einer idealen ringförmigen Linse der vorliegenden Erfindung,
  • Fig. 3A zeigt eine sphärische Aberration der Objektivlinse in der Längsrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung während des Auslesens eines dicken optischen Mediums,
  • Fig. 3B zeigt eine Wellenfront-Aberration der Objektivlinse gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung während des Auslesens eines dicken optischen Mediums,
  • Fig. 4 zeigt eine Objektivlinse gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • Fig. 5 zeigt einen vergrößerten ringförmigen Linsenteil der Objektivlinse gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • Fig. 6 zeigt einen ersten Typ von optischem System eines optischen Abnehmers mit einer einzigen Lichtquelle, der eine Objektivlinse gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet,
  • Fig. 7 zeigt eine Modifikation des optischen Systems des optischen Abnehmers von Fig. 6,
  • Fig. 8A zeigt einen zweiten Typ von optischem Abnehmer mit einer Objektivlinse, zwei Lichtquellen und einem einzigen Lichtdetektor gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • Fig. 8B zeigt eine Modifikation des optischen Abnehmers von Fig. 8A,;
  • Fig. 9 zeigt einen dritten Typ von optischem Abnehmer mit einer Objektivlinse, zwei Lichtquellen und zwei Lichtdetektoren gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • Fig. 10 zeigt die Verteilung der Lichtstrahlen in dem Lichtdetektor, wenn eine dünne optische Platte unter Verwendung des optischen Abnehmers gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gelesen wird, und
  • Fig. 11 zeigt die Verteilung der Lichtstrahlen in dem Lichtdetektor, wenn eine dicke optische Platte unter Verwendung der Objektivlinse gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gelesen wird.
  • Im Folgenden wird im Detail auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, wobei gleiche Bezugszeichen durchgängig auf identische Elemente Bezug nehmen. Die Ausführungsformen werden nachfolgend beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert wird.
  • Fig. 2A bis 2D zeigen eine Objektivlinse gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 2A zeigt optische Pfade, wenn eine Arbeitsdistanz der Objektivlinse 20 gleich "WD1" während des Auslesens einer dünnen optischen Platte 30A ist. Fig. 2B zeigt optische Pfade, wenn eine Arbeitsdistanz der Objektivlinse 20 gleich "WD2" während des Auslesens einer dicken optischen Platte 30B ist. Fig. 2C zeigt eine Objektivlinse 20 von einer Lichtquelle aus gesehen, wobei gezeigt wird, das eine Linsenoberfläche 22 auf der Lichtquellenseite der Objektivlinse 20 in einen Innenbereich (zentralen Bereich) A1, einen ringförmigen Linsenbereich (mittleren Bereich) A2 und einen Außenbereich (peripheren Bereich) A3 unterteilt ist. Fig. 2D ist eine vergrößerte Ansicht des Teils des ringförmigen Linsenbereichs A2 der Objektivlinse 20, wobei die Objektivlinse 20 optimal hergestellt ist.
  • Bei der Objektivlinse 20 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Linsenoberfläche 22, die auf der Lichtquellenseite der Objektivlinse 20 liegt, in den Innenbereich A1, den ringförmigen Linsenbereich A2 und den Außenbereich A3 untereteilt, wobei der ringförmige Linsenbereich A2 eine Ringform wie etwa eine Ellipse oder einen Kreis aufweist und wobei ein Scheitel V1 der Linsenoberfläche 22 im Zentrum liegt. Dabei ist der Scheitel V1 ein Punkt, bei dem die Achse der Objektivlinse 20 die Linsenoberfläche 22 der Lichtquellenseite schneidet. Der Innenbereich A1 und der Außenbereich A3 weisen asphärische Oberflächenformen auf, die optimiert sind, um einen optimalen Fokalpunkt auf der Informationsaufzeichnungsoberfläche 31A der dünnen optischen Platte 30A zu bilden. Weiterhin ist der Innenbereich A1 ausgebildet, um eine kleine sphärische Aberration auf der Informationsaufzeichnungsoberfläche 31B der dicken optischen Platte 30B zu bilden, wobei er jedoch eine ausreichend kleine sphärische Aberration für das Auslesen der dicken optischen Platte 30B aufweist. Insbesondere weist der Innenbereich A1 eine numerische Apertur NA auf, welche die folgende Beziehung 1 erfüllt, um einen optimierten optischen Punkt für die Wiedergabe der dicken optischen Platte 30B wie etwa einer bestehenden CD vorzusehen. Der Innenbereich A1, der ringförmige Linsenbereich A2 und der Außenbereich A3 entsprechen jeweils einem nahen Achsenbereich, einem mittleren Achsenbereich und einem entfernten Achsenbereich des einfallenden Lichts.
  • Wenn Licht mit einer Wellenlänge von 650 nm verwendet wird, ist die numerische Apertur NA der Objektivlinse 20 gleich 0,37 oder größer, um die bestehende CD wiederzugeben.
  • 0,8λ/NA~ Punktgröße ... (1)
  • Dabei gibt λ die Wellenlänge des Lichts wieder und gibt NA die numerische Apertur des Innenbereichs A1 wieder.
  • Wenn man annimmt, dass eine Arbeitsdistanz der Objektivlinse 20 gleich "WD1" ist, wobei der optimale Fokuspunkt durch den Innenbereich A1 und den Außenbereich A3 gebildet wird, bildet das durch den Innenbereich A1 und den Außenbereich A3 übertragene Licht (die Strahlen) den optimalen Punkt auf der Informationsaufzeichnungsoberfläche 31A der dünnen optischen Platte 30A mit Bezug auf die Arbeitsdistanz "WD1" und erzeugt keine sphärische Aberration. Wenn weiterhin das durch den Innenbereich A1 der Objektivlinse 20 übertragene Licht verwendet wird, wird die bestehende optische Platte 30B wie etwa eine relativ dicke CD wiedergegeben. Diese Technologie wurde in der koreanischen Patentanmeldung Nr. 96- 3605 angegeben. Es ist jedoch eine numerische Apertur von nicht weniger als 0,4 erforderlich, um eine optische Platte wiederzugeben, die eine kleinere Punktgröße verwendet, wie etwa die LD unter den bestehenden optischen Platten. Um eine große NA über 0,37 vorzusehen, wenn der ringförmige Linsenbereich A2 eine asphärische Oberfläche aufweist, welche die asphärische Oberflächenform des Innenbereichs A1 erweitert, erzeugt das durch den ringförmigen Linsenbereich A2 während der Wiedergabe der LD übertragene Licht eine größere optische Aberration mit einem solchen Grad, dass die LD nicht wiedergegeben werden kann. Deshalb korrigiert der ringförmige Linsenbereich A2 eine derartige optische Aberration und weist eine asphärische Oberflächenform auf, durch die das durch den ringförmigen Linsenbereich A2 übertragene Licht die optische Aberration an einer optimalen Position korrigiert, bei der ein Fokalpunkt durch den Innenbereich A1 gebildet wird.
  • Fig. 2B zeigt einen optischen Pfad während der Wiedergabe der dicken optischen Platte 30B und zeigt, dass das durch den Außenbereich A3 übertragene Licht keinen Punkt auf der optischen Platte bildet und gestreut wird, während das durch die Bereiche A1 und A2 übertragene Licht auf die dicke Plattenoberfläche 31B fokussiert wird. Wenn währenddessen die Arbeitsdistanz der Objektivlinse 20 gleich "WD2" ist, wird das durch den ringförmigen Linsenbereich A2 übertragene Licht auf der Informationsaufzeichnungsoberfläche 31A der optischen Platte 30A gestreut. Die durchgezogenen Linien in Fig. 2A geben die optischen Pfade des durch den Innenbereich A1 und den Außenbereich A3 übertragene Licht wieder, wenn die Arbeitsdistanz gleich "WD1" ist. Die gepunktete Linie gibt den optischen Pfad des durch den ringförmigen Linsenbereich A2 wieder, in dem das Licht gestreut wird.
  • Fig. 3A ist ein Kurvendiagramm, das eine Aberration für die Erläuterung der Arbeitsdistanz und der optischen sphärischen Aberration in der Längsrichtung der Objektivlinse 20 während des Auslesens einer dicken optischen Platte 30B zeigt. Weil der Innenbereich A1 eine sphärische Aberration aufweist, wenn die Objektivlinse 20 die dicke optische Platte 30B wiedergibt, wird die Objektivlinse 20 optisch defokussiert, d. h. die Arbeitsdistanz wird eingestellt, um einen minimalen Wert der optischen Aberration vorzusehen. Ein sphärischer Aberrationskoeffizient W&sub4;&sub0;, der aufgrund der Differenz einer Plattendicke zwischen der dünnen optischen Platte 30A und der dicken optischen Platte 30B erzeugt wird, erfüllt die folgende Gleichung (2).
  • W&sub4;&sub0; = n² - 1/8n³d(NA)&sup4; = 0,6 um ... (2)
  • Allgemein wird die optische Aberration einschließlich der sphärischen Aberration durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückt.
  • W = W&sub2;&sub0;h² + W&sub4;&sub0;h&sup4; ... (3)
  • Dabei ist W&sub2;&sub0; ein Defokussierungskoeffizient und ist h eine marginale (Licht-)Strahlenhöhe.
  • Die Quadratwurzel der optischen Aberration erfüllt die folgende Gleichung (4).
  • Dabei, ² = 1/3W&sub2;&sub0;² + 1/2W&sub2;&sub0;W&sub4;&sub0; +1/5W&sub4;&sub0;²,
  • = 1/2W&sub2;&sub0; + 1/3W&sub4;&sub0;
  • Deshalb ist die Bedingung des Defokussierungskoeffizienten, der die optische Aberration minimiert, gleich W&sub2;&sub0; = -W&sub4;&sub0;, und die tatsächliche Defokussierungsgröße erfüllt die folgende Gleichung (5).
  • ΔZ = 2W&sub4;&sub0;/-(NA)² = -8,3 um ... (5)
  • Dabei ist die Variation der numerischen Apertur (NA) des Innenbereichs, der Platten- Brechungszahl (n) und der Plattendicke (d) wie folgt: NA = 0,38, n = 1,58 und d = 0,6 mm. Wenn der ringförmige Linsenbereich A2 derart ausgebildet ist, dass ein optimaler Punkt gebildet wird und keine sphärische Aberration in Bezug auf die dicke optische Platte 30B auftritt, die um 8,3 um defokussiert ist, kann die Kurve der sphärischen Aberration in der Längsrichtung von Fig. 3A erhalten werden. In diesem Fall wird die Differenz zwischen einer durch den Innenbereich A1 gebildeten Fokallänge und einer durch den ringförmigen Linsenbereich A2 gebildeten Fokallänge aufgrund der Defokussierungsgröße von 8,3 um an der optischen Achse zu 8,3 um. Und die Fokallänge ist 3,3025 mm für den Innenbereich A1 und 3,3111 mm für den ringförmigen Linsenbereich A2 in Übereinstimmung mit der Berechnung durch ein kommerziell erhältliches Programm (Software) für Optiken. Die 8,3 um sind das Ergebnis aus einer Berechnung dritter Ordnung per Hand, während die 8,3 um das Ergebnis einer Berechnung höherer Ordnung einschließlich der dritten Ordnung unter Verwendung des optischen Programms (Software) sind.
  • Wenn die Arbeitsdistanz der Objektivlinse 20 von "WD1" zu "WD2" geändert wird, was die optische Aberration durch das durch den ringförmigen Linsenbereich A2 übertragenen Licht zu im wesentlichen null ändert, bildet das durch den ringförmigen Linsenbereich A2 übertragene Licht den durch die durchgezogenen Linien in Fig. 2 gezeigten optischen Pfad und den optimalen Punkt auf der Informationsaufzeichnungsoberfläche 31B der dicken optischen Platte 30B. Wenn die Arbeitsdistanz "WD2" die optimale Arbeitsdistanz für die Wiedergabe der dicken optischen Platte 30B ist, erhöht der ringförmige Linsenbereich A2 die Effizienz der Nutzung des verwendeten Lichtes und erhöht auch die numerische Apertur. In diesem Fall behält der Innenbereich A1 die sphärische Aberration, die ausreichend klein für die Wiedergabe der dicken optischen Platte 30B ist. Die durch den Innenbereich A1 erzeugte sphärische Aberration wird minimiert und die gesamte Wellenfront-Aberration beträgt ungefähr 0,07 Arms. Das durch den Innenbereich A1 und den ringförmigen Linsenbereich A2 übertragene Licht bildet also einen Punkt mit einer um 15% oder mehr reduzierten Größe, ohne dass die optische Aberration auf der Informationsaufzeichnungsoberfläche 31B der dicken optischen Platte im Vergleich zu dem Fall, in dem der ringförmige Linsenbereich A2 die gleiche asphärische Oberflächenform wieder Innenbereich A1 aufweist, vergrößert wird. Es ist also möglich, ein optisches Aufzeichnungsmedium wie etwa eine bestehende LD mit einer hohen Dichte oder eine CD wiederzugeben. In diesem Fall wird das durch den Außenbereich A3 übertragene Licht gestreut und beeinflusst nicht den optischen Punkt, der auf der Informationsaufzeichnungsoberfläche 31B der dicken optischen Platte 30B gebildet wird. Der optische Pfad des durch den Außenbereich A3 übertragenen Lichtes wird durch die gepunktete Linien von Fig. 2B gezeigt. Es kann also ein einziger optischer Punkt auf der Informationsaufzeichnungsoberfläche 31B gebildet werden. Beispiele der oben beschriebenen und in Fig. 2A und 2B gezeigten Arbeitsdistanzen sind WD1 = 1,897 mm und WD2 = 1,525 mm.
  • Wenn die aufgezeichnete Information gelesen wird, verwendet die dünne optische Platte 30A das Licht der relativ kurzen Wellenlänge, während die dicke optische Platte 30B sowohl das Licht relativ kurzen Wellenlänge als auch das Licht der relativ längen Wellenlänge verwendet. Wenn also die dünne optische Platte 30A eine DVD ist und die dicke optische Platte 30B eine CD, LC, CD-RW oder CD-R ist, weisen der Innenbereich A1 und der Außenbereich A3 die asphärischen Oberflächenformen auf, die für die Informationsaufzeichnungsoberfläche der DVD optimiert sind, während der Innenbereich A1 und der ringförmige Linsenbereich A2 die asphärische Oberflächenformen aufweisen, bei denen die Aberration korrigiert ist und die Arbeitsdistanz optimiert ist, so dass die Information in Bezug auf die Informationsaufzeichnungsoberfläche der CD, LD, CD-RW oder CD-R wiedergegeben werden kann. Der ringförmige Linsenbereich A2 weist unter den Bereichen A1, A3 und A3 eine asphärische Oberflächenform auf, die durch die folgende Gleichung (6) für die asphärische Oberfläche bestimmt wird.
  • In der vorstehenden Gleichung (6) ist die Funktion "Z" eine Distanz von der Oberfläche senkrecht zu der optischen Achse und durch den Scheitel V1 der Objektivlinse 20 zu der Linsenoberfläche 22 auf der Lichtquellenseite der Objektivlinse 20 verlaufend. Eine Variable "h" ist eine Distanz von der Achse der Objektivlinse 20 zu einem bestimmten Punkt senkrecht zu der Achse. Eine Konstante "R" ist eine Krümmung, die eine Referenz zum Bestimmen einer asphärischen Oberflächenform wird. Zoffset ist ein Parameter, der neu eingeführt wird, um eine Schrittdifferenz zwischen dem ringförmigen Linsenbereich A2 und dem Innenbereich A1 auszudrücken. Weil die Gleichung (6) dem Fachmann wohlbekannt ist, wird hier auf eine ausführlichere Beschreibung verzichtet. Der ringförmige Linsenbereich A2 weist im Vergleich zu dem Innenbereich A1 und dem Außenbereich A3 eine vorstehende Form oder eine zurückgesetzte Form auf. Der ringförmige Linsenbereich A2 mit vorstehender Form ist vergrößert in Fig. 2D gezeigt. Die asphärischen Oberflächenformen des Innenbereichs A1 und des Außenbereichs A3 können ausgedrückt werden, indem die Versatzkomponente Zoffset in der Gleichung (6) entfernt wird. Die Breite des ringförmigen Linsenbereichs A2 wird bestimmt, um den für die Wiedergabe der relativ dicken optischen Platte optimierten Punkt vorzusehen, und nimmt wenigstens 10% einer Einfallsoberfläche 22 der Objektivlinse 20 ein, zu welcher das Licht von der Lichtquelle einfällt. Im Fall eines quantitativen Ausdrucks weist die Breite des ringförmigen Linsenbereichs A2 einen Bereich zwischen ungefähr 100 und 300 um auf.
  • Die zum Vorsehen der optimalen asphärischen Oberflächenformen für den Bereich A1, A2 und A3 erhaltenen Daten sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben. Tabelle
  • Wenn die asphärischen Oberflächenformen der Bereiche A1, A2 und A3 durch die Gleichung (6) und die vorstehende Tabelle bestimmt wurden, wird die virtuelle Oberfläche, die sich von der asphärischen Oberfläche des ringförmigen Linsenbereichs A2 (durch die gepunktete Linie in Fig. 4 wiedergegeben) erstreckt, weiter als die asphärische Oberfläche des Innenbereichs A1 von dem Scheitel V1 der Objektivlinse 20.
  • Um jedoch die Bereiche A1, A2 und A3 der asphärischen Oberflächenformen auf der Linsenoberfläche auf der Lichtquellenseite einfach zu formen, wird der ringförmige Linsenbereich A2 vorzugsweise hauptsächlich nach der Bearbeitung des Innenbereichs A1 und des Außenbereichs A3 bearbeitet. So weist der ringförmige Linsenbereich A2 eine Schrittdifferenz indem Kontaktbereich zu dem Innenbereich A1 oder dem Außenbereich A3 auf.
  • Fig. 4 zeigt eine Objektivlinse 20, die derart bearbeitet ist, dass eine Schrittdifferenz in einem Bereich vorgesehen ist, in dem der Innenbereich A1 den ringförmigen Linsenbereich A2 kontaktiert. Fig. 5 zeigt eine Objektivlinse 20', die derart bearbeitet ist, dass eine Schrittdifferenz in einem Bereich vorhanden ist, in dem der ringförmige Linsenbereich A2 den Außenbereich A3 kontaktiert. Derartige Schrittdifferenzen erzeugen eine Aberration aufgrund einer Lichtpfaddifferenz zwischen dem durch den Innenbereich A1 und den ringförmigen Linsenbereich A2 hindurchgehenden Licht. Die Schrittdifferenzen weisen eine Höhe auf, mittels der die optische Aberration aufgrund der Lichtpfaddifferenz zwischen dem durch den Innenbereich A1 und den ringförmigen Linsenbereich A2 hindurchgehenden Licht mit Bezug auf das Licht einer relativ langen Wellenlänge aus der Lichtquelle oder das Licht für die Wiedergabe der dicken optischen Platte entfernt werden kann. Insbesondere wird die Höhe der Schrittdifferenz derart bestimmt, dass eine Lichtpfaddifferenz zwischen dem durch den ringförmigen Lichtbereich A2 und dem durch den Innenbereich A1 der Objektivlinse 20 zu einem ganzzahligen Vielfachen der Wellenlänge des wie in Fig. 3B gezeigt verwendeten Lichtes wird. Die Schrittdifferenzhöhe wird als ein Wert bestimmt, durch den die optische Aberration aufgrund der Lichtpfaddifferenz entfernt werden kann, indem der Versatz Zoffset in der Gleichung (6) und die Breite des ringförmigen Linsenbereichs A2 berücksichtigt werden. Vorzugsweise beträgt die Schrittdifferenzhöhe ungefähr 1 um~-1,5 um in Übereinstimmung mit der Brechungszahl der Objektivlinse.
  • Fig. 6 zeigt einen ersten Typ von optischem Abnehmer mit einer einzigen Lichtquelle und einer Objektivlinse 20 oder 20' gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der in Fig. 6 gezeigte optische Abnehmer weist ein typisches optisches System auf, das kompatibel mit optischen Platten verschiedener Formate ist, die dieselbe Lichtwellenlänge verwenden, indem die Objektivlinse 20 oder 20' gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform verwendet wird. Die optische Quelle 41 emittiert einen Laserstrahl mit einer bestimmten Wellenlänge. Ein Lichtdetektor 43 ist derart ausgebildet, dass das durch den Außenbereich A3 der Objektivlinse 20 oder 20' übertragene Licht nicht während der Wiedergabe der dicken optischen Platte 30B festgestellt wird. Das heißt, der Lichtdetektor 43 ist derart ausgebildet, dass nur das durch den Innenbereich A1 und den ringförmigen Linsenbereiche A2 der Objektivlinse 20 oder 20' übertragene Licht während der Wiedergabe von Information von der dicken optischen Platte 30B festgestellt wird.
  • Zur Verdeutlichung soll ein Fall betrachtet werden, in dem der optische Abnehmer von Fig. 6 die Objektivlinse 20 oder 20' umfasst und die optische Quelle 41 ein Licht mit einer Wellenlänge von 650 nm emittiert. Die aus der Lichtquelle 41 emittierten (Licht-)Strahlen mit der Wellenlänge 650 nm werden von einem Strahlteiler 42 reflektiert. Der Strahlteiler 42 reflektiert ungefähr 50% des einfallenden Lichtes, und die reflektierten Strahlen werden durch eine Kollimatorlinse 70 im wesentlich parallel ausgerichtet. Weil die von der Lichtquelle auf die Objektivlinse 20 oder 20' einfallenden (Licht-)Strahlen unter Verwendung der Kollimatorlinse 70 im wesentlichen parallel ausgerichtet werden können, kann eine stabilere Leseoperation durchgeführt werden. Wenn eine Wiedergabeoperation mit Bezug auf eine dünne Platte 30A wie beispielsweise eine DVD durchgeführt wird, werden die durch die Kollimatorlinse 70 übertragenen (Licht-)Strahlen mittels der Objektivlinse 20 oder 20' in der Form eines Lichtpunktes auf einer Informationsaufzeichnungsoberfläche 31A der dünnen Platte 30A fokussiert. In diesem Fall weist die Objektivlinse 20 oder 20' eine Arbeitsdistanz "WD1" auf und ist in Fig. 6 bei der Position A durch eine durchgezogene Linie wiedergegeben. Deshalb bilden die Strahlen mit einer Wellenlänge von 650 nm einen durch die durchgezogene Linie von Fig. 6 wiedergegebenen Lichtpfad. Das von der Informationsaufzeichnungsoberfläche 31A der dünnen Platte 30A reflektierte Licht wird durch die Objektivlinse 20 oder 20' und die Kollimatorlinse 70 übertragen und fällt dann auf den Strahlteiler 42 ein. Der Strahlteiler 42 überträgt ungefähr 50% des einfallenden Lichtes, und das übertragene Licht wird durch eine Lichtdetektorlinse 44 auf den Lichtdetektor 43 fokussiert. Dabei bildet das durch den Innenbereich A1 und den Außenbereich A3 der Objektivlinse 20 oder 20' übertragene Licht einen Punkt mit einer bestimmten Größe auf der Informationsaufzeichnungsoberfläche 31A der dünnen Platte 30A, durch den Information von der Informationsaufzeichnungsoberfläche 31A der dünnen Platte 30A gelesen werden kann. Dagegen bildet das durch den ringförmigen Linsenbereich A2 der Objektivlinse 20 oder 20' übertragene Licht ein Band in einer gestreuten Form an einer Position, die um ungefähr 5 um auf der Platte 31B von der Position des Punktes abweicht, den das durch den Innenbereich A1 und den Außenbereich A3 übertragene Licht bildet. Das durch den ringförmigen Linsenbereich A2 übertragene Licht wird also nicht durch den Lichtdetektor 43 festgestellt und sieht deshalb kein Rauschen in Bezug auf ein effektives Wiedergabesignal während der Wiedergabe von Daten von der dünnen Platte 30A vor.
  • Wenn eine Wiedergabeoperation mit Bezug auf eine dicke Platte 30b wie beispielsweise eine CD oder eine LD durchgeführt wird, wird das durch die Kollimatorlinse 70 übertragene Licht durch die Objektivlinse 20 oder 20' in der Form einer Strahlpunktes an der Position B auf einer Informationsaufzeichnungsoberfläche 31B der dicken Platte 30B fokussiert. In diesem Fall weist die Objektivlinse 20 oder 20' eine Arbeitsdistanz "WD2" auf und ist in Fig. 6 als gepunktete Linie gezeigt. Deshalb bildet das Licht einen optischen Pfad, der in Fig. 6 als gepunktete Linie wiedergegeben ist. Dabei bildet das durch den Innenbereich A1 und den ringförmigen Linsenbereich A2 der Objektivlinse 20 oder 20' übertragene Licht einen Punkt mit einer Größe auf der Informationsaufzeichnungsoberfläche 31B der dicken Platte 30B, durch den Information von der Informationsaufzeichnungsoberfläche 31B der dicken Platte 30B gelesen werden kann. Dagegen bildet das durch den Außenbereich A3 der Objektivlinse 20 oder 20' übertragene licht einen Punkt mit einer relativ schwachen Intensität an einer Position, die von der Position des Punktes abweicht, den das durch den Innenbereich A1 und den ringförmigen Linsenbereich A2 übertragene Licht bildet. Der Lichtdetektor 43 kann also Information von der dicken Platte 30B unter Verwendung des durch den Innenbereich A1 und den ringförmigen Linsenbereich A2 der Objektivlinse 20 oder 20' übertragenen Lichtes lesen.
  • Insbesondere erzeugt das durch den Innenbereich A1 übertragene Licht eine sphärische Aberration auf der, Informationsaufzeichnungsoberfläche 31B der dicken Platte 30B. Die sphärische Aberration weist jedoch eine ausreichend kleine Größe aus, um das Signal von der dicken Platte 30B lesen zu können, und die minimierte optische Aberration wird durch das Defokussieren des Lichtes um die Größe der sphärischen Aberration an der optischen Achse aufrechterhalten. Die Linsenkrümmung und ein asphärischer Oberflächenkoeffizient des ringförmigen Linsenbereichs A2 werden für ein optisches System ohne Aberration in dem Zustand korrigiert, wenn die Arbeitsdistanz auf ungefähr 10 um eingestellt wird, damit keine zusätzliche sphärische Aberration erzeugt wird. Dementsprechend wird die numerische Apertur erhöht, ohne dass die optische Aberration und die Größe des Punktes reduziert wird. Auf diese Weise kann eine bestehende optische Platte wie etwa eine LD mit einer höheren Dichte wiedergegeben werden. Zur Referenz: es wird eine Punktgröße von ungefähr 1,2 um für die Wiedergabe der LD und von ungefähr 1,4 um für die Wiedergabe der CD benötigt. Eine Punktgröße von ungefähr 0,9 um wird für die Wiedergabe der DVD benötigt. Daraus resultiert, dass die vorliegende Erfindung verschiedene Platten wie eine DVD, LD und CD unter Verwendung eines einfachen optischen Abnehmers wiedergeben kann.
  • Fig. 10 zeigt die Verteilung des Lichtes in dem Lichtdetektor 43, wenn Information von einer dünnen Platte 30A gemäß einer ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergegeben wird. In Fig. 10 sind die dunklen Teile auf das durch den Innenbereich A1 und den Außenbereich A3 der Objektivlinse 20 oder 20' übertragene Licht zurückzuführen und werden als ein effizientes Wiedergabesignal festgestellt. Die hellen Teile zwischen den dunklen Teilen geben an, dass das durch den ringförmigen Linsenbereich A2 der Objektivlinse 20 oder 20' übertragene Licht nicht in dem Lichtdetektor 43 festgestellt wird und nicht als effizientes Wiedergabesignal erkannt wird. Fig. 11 zeigt die Verteilung der Lichtstrahlen in dem Lichtdetektor 43, wenn Information von der dicken optischen Platte 30B unter Verwendung der Objektivlinse 20 oder 20' gemäß der vorliegenden Erfindung wiedergegeben wird. Das Bezugszeichen "B1" gibt die Verteilung des durch den Innenbereich A1 übertragenen Lichtes in dem Lichtdetektor wieder, das Bezugszeichen "B2" zeigt die Verteilung des durch den ringförmigen Linsenbereich A2 übertragenen Lichtes und das Bezugszeichen "B3" zeigt die Verteilung des durch den Außenbereich A3 übertragenen Lichtes. Das die Verteilungen B1 und B2 wie in Fig. 11 gezeigt bildende Licht wird als ein effizientes Signal in dem Lichtdetektor 43 festgestellt, und das die Verteilung B3 bildende Licht wird nicht als effizientes Wiedergabesignal festgestellt.
  • Fig. 7 zeigt eine Modifikation des optischen Systems des optischen Abnehmers von Fig. 6. In Fig. 7 umfasst eine Einheit 40 eine Lichtquelle 41 und einen Lichtdetektor 43, die in einem einzelnen Modul ausgebildet sind. Ein holographischer Strahlteiler 50 ist ein polarisierendes Hologramm, das eine hohe optische Effizienz erhält, indem es eine Viertelwellenplatte 60 verwendet. Vorzugsweise sollte ein polarisierendes Hologramm durch ein allgemeines Hologramm ersetzt werden, wenn die Viertelwellenplatte 60 nicht verwendet wird. Die (Licht-)Strahlen von 650 nm aus der Lichtquelle 41 werden durch den holographischen Strahlteiler 50 und die Viertelwellenplatte 60 übertragen und werden dann durch die Kollimatorlinse 70 zu parallelen Strahlen ausgerichtet. Die Objektivlinse 20 oder 20' fokussiert das von der Kollimatorlinse 70 einfallende Licht auf die Informationsaufzeichnungsoberfläche 31A der dünnen optischen Platte 30A oder die Informationsaufzeichnungsoberfläche 31B der dicken optischen Platte 30B in der Form eines optischen Punktes. Weil in dem in Fig. 7 gezeigten optischen Abnehmer die Objektivlinse 20 oder 20' mit derjenigen von Fig. 6 identisch ist, wird hier auf eine ausführlichere Beschreibung derselben verzichtet. Das von der Informationsaufzeichnungsoberfläche 31A oder 31B reflektierte Licht wird schließlich konvergiert, um durch den holographischen Strahlteiler 50 auf den Lichtdetektor 43 fokussiert zu werden.
  • Fig. 8A zeigt einen optischen Abnehmer mit einer Objektivlinse 20 oder 20', zwei Lichtquellen 41 und 45 und einem einzelnen Lichtdetektor 43 gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Lichtquelle 41 emittiert einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 650 nm, und die Lichtquelle 45 emittierte einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 780 nm. Das 780 nm-Licht sollte für eine CD, CD-RW, LD oder CD-R verwendet werden, und das 650 nm-Licht sollte für eine DVD, CD oder CD-RW verwendet werden. Wenn die Lichtquelle 41 verwendet wird, bilden die emittierten Lichtstrahlen einen in Fig. 8A durch eine durchgezogene Linie wiedergegebenen Lichtpfad, wobei die Objektivlinse 20 oder 20' als durchgezogene Linie an der Position A gezeigt ist. Wenn die Lichtquelle 45 verwendet wird, bilden die emittierten Lichtstahlen einen durch eine gepunktete Linie wiedergegebenen optischen Pfad, wobei die Objektivlinse 20 oder 20' in diesem Fall durch eine gepunktete Linie an der Position B wiedergegeben wird. Der durch die Objektivlinse 20 oder 20' auf die dicke optische Platte 30B oder die dünne optische Platte 30A fokussierte optische Punkt ist identisch mit dem in Fig. 6 gezeigten.
  • Ein Strahlteiler 46 ist ein Farb-trennbarer Teiler, der das von der Lichtquelle 41 ausgegebene Licht überträgt und das von der Lichtquelle 45 ausgegebene Licht reflektiert. Das von dem Strahlteiler 46 reflektierte Licht fällt auf einen polarisierenden Strahlteiler 47. Der polarisierende Strahlteiler 47 weist eine optische Kennlinie auf, die linear polarisierte Strahlen durchlässt oder reflektiert, und wird mit Bezug auf das Licht mit Wellenlängen von 650 nm und 780 nm betrieben. Der polarisierende Strahlteiler 47 überträgt das vom Strahlteiler 46 einfallende Licht, und das übertragene Licht wird durch eine Viertelwellenplatte 60 zu einem zirkulär polarisierten Licht gewandelt. Der zirkulär polarisierte Strahl wird durch Objektivlinse 20 oder 20' auf die Informationsaufzeichnungsoberfläche der dünnen optischen Platte 30A oder der dicken optischen Platte 30B fokussiert. Das von der Informationsaufzeichnungsoberfläche reflektierte Licht geht durch die Objektivlinse 20 oder 20' und die Kollimatorlinse 70 hindurch und wird dann durch die Viertelwellenplatte 60 linear polarisiert. Das linear polarisierte Licht wird von dem polarisierenden Strahlteiler 47 reflektiert, und das reflektierte Licht wird durch die Lichtdetektorlinse 44 in den Lichtdetektor 43 fokussiert. Der polarisierende Strahlteiler 47 wird durch einen Strahlteiler ersetzt, der das einfallende Licht teilweise durchlässt und teilweise reflektiert, wenn die Viertelwellenplatte 60 nicht verwendet wird.
  • Ein optischer Abnehmer mit einer Objektivlinse, zwei Lichtquellen, einem einzelnen Lichtdetektor und einem Platten-Strahlteiler 42 kann wie in Fig. 8B gezeigt verwendet werden. Fig. 8B zeigt eine Modifikation des optischen Abnehmers von Fig. 8A, wobei der Würfel-Strahlteiler durch einen Platten-Strahlteiler ersetzt ist. Außerdem sind die zwei Lichtquellen 41 und 45 entgegengesetzt zueinander ausgerichtet, wobei der Lichtdetektor 45 mit einem Winkel von 90º zu den Lichtquellen 41 und 45 ausgerichtet ist. Dies ist anders als bei dem optischen Abnehmern von Fig. 8A, bei dem die Lichtquellen 41 und 45 mit rechten Winkeln zueinander ausgerichtet sind und der Lichtdetektor 43 entgegengesetzt zu der Lichtquelle 45 und mit rechtem Winkel zu der Lichtquelle 41 ausgerichtet ist.
  • Fig. 9 zeigt einen optischen Abnehmer mit einer Objektivlinse 20 oder 20', zwei Lichtquellen 41 und 45 und zwei Lichtdetektoren 83 und 105 gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 9 emittiert die Lichtquelle 41 (Licht-)Strahlen mit einer Wellenlänge von 650 nm, wobei der Lichtdetektor 83 der Lichtquelle 41 entspricht, und die Lichtquelle 41 dem Lichtdetektor 83. Die Bezugszeichen 45 und 105 geben jeweils eine Lichtquelle und einen Lichtdetektor für Licht mit einer Wellenlänge von 780 nm an, während das Bezugszeichen 110 ein Strahlteiler ist. Andere optische Elemente sind gleich denen in Fig. 8A und 8B. Weil der in Fig. 9 gezeigte optische Abnehmer dem Fachmann auf der Basis der Beschreibung mit Bezug auf Fig. 8A und 8B verständlich sein sollte, wird hier auf eine ausführlichere Beschreibung verzichtet.
  • Vorstehend wurde die Objektivlinse gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf den optischen Abnehmer beschrieben. Es sollte dem Fachmann jedoch deutlich sein, dass die Objektivlinse gemäß der vorliegenden Erfindung auch auf ein Mikroskop oder eine Schätzvorrichtung für einen optischen Abnehmer angewendet werden kann.
  • Wie oben beschrieben, ist der optische Abnehmer gemäß der vorliegenden Erfindung mit Platten mit verschiedenen Formaten unabhängig von der Dicke oder der Aufzeichnungsdichte der Platte kompatibel, wobei ein ausgezeichnetes Lesesignal von der verwendeten Platte erhalten werden kann. Weiterhin kann die Objektivlinse gemäß der vorliegenden Erfindung kostengünstig durch Spritzgießen hergestellt werden. Insbesondere wenn zwei oder mehr Wellenlängen für die Kompatibilität der optischen Platte verwendet werden, kann ein optischer Abnehmer unter Verwendung einer einzelnen Objektivlinse und eines einzelnen Lichtdetektors vorgesehen werden.
  • Es wurden hier nur bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei deutlich sein sollte, dass zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch der in den Ansprüchen definierte Erfindungsumfang verlassen wird.

Claims (15)

1. Objektivlinse (20, 20'), die mit wenigstens einem ersten (30A) und einem zweiten (30B) Medium mit jeweils unterschiedlicher Dicke und Informationsaufzeichnungsoberfläche (31A, 31B) zum Speichern von Information kompatibel ist, wobei die Objektivlinse (20) umfasst:
einen Innenbereich (A1), einen ringförmigen Linsenbereich (A2) und einen Außenbereich (A3), die bei einem Scheitel (V1) zentriert sind, wobei der ringförmige Linsenbereich (A2) den Innenbereich (A1) von dem Außenbereich (A3) trennt, wobei der Innenbereich (A1), der ringförmige Linsenbereich (A2) und der Außenbereich (A3) asphärische Formen aufweisen, sodass wenn das erste Medium (30A) gelesen wird, das durch den Innenbereich (A1) und den Außenbereich (A3) übertragene Licht in einen einzigen Punkt fokussiert wird, durch den Information von der Informationsaufzeichnungsoberfläche (31A) des ersten Mediums (30A) gelesen wird, und das durch den ringförmigen Linsenbereich (A2) übertragene Licht gestreut wird, so dass es nicht auf die Informationsaufzeichnungsoberfläche (31A) des ersten Mediums (30A) fokussiert wird, während wenn das zweite Medium (30B) gelesen wird, das durch den Innenbereich (A1) und den ringförmigen Linsenbereich (A2) übertragene Licht in einen einzigen Lichtpunkt fokussiert wird, durch den Information von der Informationsaufzeichnungsoberfläche (31B) des zweiten Mediums (30B) gelesen wird, und das durch den Außenbereich (A3) übertragene Licht gestreut wird, so dass es nicht auf die Informationsaufzeichnungsoberfläche (31B) des zweiten Mediums (30B) fokussiert wird, wobei das zweite Medium (30B) dicker ist als das erste Medium (30A) und wobei die Objektivlinse dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Differenz ΔZ zwischen einer Fokaldistanz des ringförmigen Linsenbereichs (A2) und derjenigen des Innenbereichs (A1) gleich einer Defokussierungsgröße ist, die durch die folgende Beziehung bestimmt wird:
ΔZ = -(2W&sub4;&sub0;)/(NA)²
wobei NA eine numerische Apertur in dem Innenbereich ist und W&sub4;&sub0; ein sphärischer Aberrationskoeffizient ist, wenn das zweite Medium verwendet wird.
2. Objektivlinse (20, 20') nach Anspruch 1, wobei eine Oberfläche des ringförmigen Linsenbereichs (A2) eine Schrittdifferenz für die Oberfläche des Innenbereichs (A1) oder des Außenbereichs (A2) bildet.
3. Objektivlinse (20, 20') nach Anspruch 2, wobei die Oberfläche des ringförmigen Linsenbereichs (A2) die Schrittdifferenz mit der Oberfläche des Innenbereichs (A1) bildet, wobei die Schrittdifferenz einen derartigen Wert aufweist, dass eine Lichtpfaddifferenz zwischen dem durch den Innenbereich (A1) hindurchgehenden Licht und dem durch den ringförmigen Linsenbereich (A2) hindurchgehenden Licht ein ganzzahliges Vielfaches einer Wellenlänge des Lichtes ist, das von der Lichtquelle (41) emittiert wird.
4. Objektivlinse (20, 20') nach Anspruch 2, wobei die Oberfläche des ringförmigen Linsenbereichs (A2) die Schrittdifferenz zu der Oberfläche des Außenbereichs (A3) bildet, wobei die Schrittdifferenz einen derartigen Wert aufweist, dass eine Lichtpfaddifferenz zwischen dem durch den Innenbereich (A1) hindurchgehenden Licht und dem durch den ringförmigen Linsenbereich (A2) hindurchgehenden Licht ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge des von der Lichtquelle (41) emittierten Lichtes ist.
5. Optischer Abnehmer in einer optischen Vorrichtung, die mit wenigstens einem ersten und einem zweiten optischen Aufzeichnungsmedium mit jeweils unterschiedlicher Dicke kompatibel ist, wobei der optische Abnehmer umfasst:
eine erste Lichtquelle (41) zum Emittieren von Licht zu der Objektivlinse, wobei die Objektivlinse (20, 20') angeordnet ist, um das aus der Lichtquelle (41) emittierte erste Licht in einen einzigen Lichtpunkt auf der Informationsaufzeichnungsoberfläche eines bestimmten optischen Aufzeichnungsmediums (30A, 30B) zu fokussieren, und
einen Lichtdetektor (43) zum Feststellen des durch die Objektivlinse (20, 20') übertragenen Lichtes, nachdem es von der Informationsaufzeichnungsoberfläche (31A, 31B) des optischen Aufzeichnungsmediums (30A, 30B) reflektiert wurde, auf die der Lichtpunkt fokussiert ist,
wobei die Objektivlinse (20, 20') mit wenigstens einem ersten (30A) und einem zweiten (30B) Medium mit jeweils unterschiedlicher Dicke und Informationsaufzeichnungsoberfläche zum Speichern von Information kompatibel ist, wobei die Objektivlinse umfasst:
einen Innenbereich (A1), einen ringförmigen Linsenbereich (A2) und einen Außenbereich (A3), die in einem Scheitel (V1) zentriert sind, wobei der ringförmige Linsenbereich (A2) den Innenbereich (A1) von dem Außenbereich (A3) trennt, wobei der Innenbereich (A1), der ringförmige Linsenbereich (A2) und der Außenbereich (A3) asphärische Formen aufweisen, so dass wenn das erste Medium (30A) gelesen wird, das durch den Innenbereich (A1) und den Außenbereich (A3) übertragene Licht in einen einzigen Punkt fokussiert wird, durch den Information von der Informationsaufzeichnungsoberfläche des ersten Mediums (30A) gelesen wird, und das durch den ringförmigen Linsenbereich (A2) übertragene Licht gestreut wird, so dass es nicht auf die Informationsaufzeichnungsoberfläche des ersten Mediums (30A) fokussiert wird, während wenn das zweite Medium (30B) gelesen wird, das durch den Innenbereich (A1) und den ringförmigen Linsenbereich (A2) übertragene Licht in einen einzigen Lichtpunkt fokussiert wird, durch den Information von der Informationsaufzeichnungsoberfläche (31B) des zweiten Mediums (30B) gelesen wird, und das durch den Außenbereich (A3) übertragene Licht gestreut wird, so dass es nicht auf die Informationsaufzeichnungsoberfläche des zweiten Mediums (30B) fokussiert wird, wobei das zweite Medium (30B) dicker ist als das erste Medium (30A) und wobei der optische Abnehmer dadurch gekennzeichnet ist, dass in der Objektivlinse (20, 20') eine Differenz ΔZ zwischen einer Fokaldistanz des ringförmigen Linsenbereichs und derjenigen des Innenbereichs gleich einer Defokussierungsgröße ist, die durch die folgende Beziehung bestimmt wird:
ΔZ = (2W&sub4;&sub0;)/(NA)²
wobei NA eine numerische Apertur in dem Innenbereich ist und W&sub4;&sub0; ein sphärischer Aberrationskoeffizient ist, wenn das zweite Medium verwendet wird.
6. Optischer Abnehmer nach Anspruch 5, wobei die Objektivlinse (20, 20') eine derartige Arbeitsdistanz aufweist, dass das durch den Innenbereich (A1) übertragene Licht in einen einzigen Lichtpunkt mit einer minimalen sphärischen Aberration auf der Informationsaufzeichnungsoberfläche des zweiten Mediums (30B) während des Lesens des zweiten Mediums (30B) fokussiert wird.
7. Optischer Abnehmer nach Anspruch 6, wobei die asphärische Form des Innenbereichs (A1) derart beschaffen ist, dass das durch den Innenbereich (A1) übertragene Licht in einen einzigen Lichtpunkt auf der Informationsaufzeichnungsoberfläche des ersten optischen Mediums (30A) fokussiert wird, wobei dasselbe Licht in einen optischen Punkt mit einer minimalen optischen Aberration auf der Informationsaufzeichnungsoberfläche des zweiten optischen Mediums (30B) während der Wiedergabe des zweiten optischen Mediums mit der Arbeitsdistanz fokussiert wird.
8. Optischer Abnehmer nach Anspruch 6, wobei die asphärische Form des ringförmigen Linsenbereichs (A2) derart beschaffen ist, dass das durch den ringförmigen Linsenbereich (A2) übertragene Licht in einen einzigen Lichtpunkt mit keiner sphärischen Aberration auf die Informationsaufzeichnungsoberfläche des zweiten optischen Aufzeichnungsmediums (30B) während der Wiedergabe des zweiten optischen Aufzeichnungsmediums (30B) mit einem dicken Substrat fokussiert wird.
9. Optischer Abnehmer nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 8, der weiterhin wenigstens eine zweite Lichtquelle (45) umfasst, wobei die zweite Lichtquelle (45) Licht mit einer Wellenlänge emittierte, die sich von derjenigen des aus der ersten Lichtquelle (41) emittierten Lichtes unterscheidet.
10. Optischer Abnehmer nach Anspruch 9, der weiterhin einen Strahlteiler (46) umfasst, der eine Strahlteilungskennlinie in Bezug auf jede aus der Vielzahl von Strahlen aufweist, die jeweils aus der ersten Lichtquelle (41) und der wenigstens einen zweiten Lichtquelle (45) emittiert werden.
11. Objektivlinse nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder optischer Abnehmer nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei der Innenbereich (A1) der Objektivlinse (20, 20') einen numerischen Aperturwert NA aufweist, der die folgende Gleichung erfüllt:
0,8λ/NA~ Punktgröße
wobei λ die Wellenlänge der Lichtes wiedergibt, das aus der Lichtquelle emittiert wird, und die Punktgröße die Größe eines Punktes ist, den das durch die Objektivlinse (20, 20') hindurchgehende Licht auf einer Platte bildet.
12. Objektivlinse oder optischer Abnehmer nach Anspruch 11, wobei die Objektivlinse (20, 20') einen Defokussierungskoeffizienten W&sub2;&sub0; aufweist, der eine optische Aberration in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung minimiert:
W&sub2;&sub0; = W&sub4;&sub0;
wobei W&sub4;&sub0; ein asphärischer Aberrationskoeffizient ist, der wegen einer Differenz zwischen der ersten und der zweiten Dicke erzeugt wird.
13. Optischer Abnehmer oder Objektivlinse nach Anspruch 12, wobei eine Defokussierungsgröße ΔZ der Objektivlinse (20, 20') der folgenden Gleichung folgt:
ΔZ = -(2W&sub4;&sub0;)/(NA)²
wobei Na ein numerischer Aperturwert des Innenbereichs ist.
14. Optischer Abnehmer nach einem der Ansprüche 5 bis 13, der weiterhin umfasst: eine Trenneinheit (47) zum Trennen des von der Lichtquelle (41, 45) übertragenen einfallenden Lichtes von dem von der Platte reflektierten Licht.
15. Optischer Abnehmer nach Anspruch 14, der weiterhin umfasst:
eine Kollimatorlinse (70), die in einem linearen Pfad zwischen der Objektivlinse (20, 20') und dem Lichtdetektor (43) angeordnet ist, um das einfallende Licht zu kollimatieren, das durch die Trenneinheit (47) getrennt wird, und das reflektierte Licht von der Platte zu der Trenneinheit (47) zu übertragen, und
eine Lichtdetektorlinse (44) zum Fokussieren des reflektierten Lichtes, das durch die Trenneinheit (47) hindurchgeht, auf den Detektor (43).
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