DE10059576A1

DE10059576A1 - Optik für einen optischen Schreib/Lesekopf

Info

Publication number: DE10059576A1
Application number: DE10059576A
Authority: DE
Inventors: Koichi Maruyama
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2001-05-31
Also published as: JP2001155369A; US20010002186A1; US6741539B2; JP3911104B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Optik (100) für einen optischen Schreib/Lesekopf, der in einem Laufwerk für optische Speicherplatten (30, 31) verwendet wird. Das Laufwerk verwendet verschiedenartige optische Speicherplatten (30, 31), deren Deckschichten unterschiedliche Dicken haben. Die Optik (100) hat eine Lichtquelleneinheit, eine Objektivlinse (20) und eine Lichtempfangseinheit (14a, 14b). Die Lichtquelleneinheit hat mehrere eng beieinanderliegende Lichtabstrahlpunkte (12a, 12b). Die Lichtabstrahlpunkte (12a, 12b) geben divergente Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge ab. In Abhängigkeit der Dicke der Deckschicht der in das Laufwerk eingelegten Speicherplatte (30, 31) wird einer der Lichtabstrahlpunkte (12a, 12b) ausgewählt. Die Objektivlinse (20) bündelt jeden der von den Lichtabstrahlpunkten (12a, 12b) abgegebenen divergenten Lichtstrahlen auf eine Datenaufzeichnungsfläche der optischen Speicherplatte (30, 31). Die Lichtempfangseinheit (14a, 14b) empfängt einen an der Datenaufzeichnungsfläche reflektierten Lichtstrahl und erzeugt diesem entsprechende elektronische Signale. Der Abbildungsmaßstab M der Objektivlinse (20) erfüllt die Bedingung: -0,144 < M < -0,099.

Description

Die Erfindung betrifft eine Optik für einen optischen Schreib/Lesekopf, der bei spielsweise in einem Laufwerk für optische Speicherplatten eingesetzt wird und in der Lage ist, auf verschiedenartigen optischen Speicherplatten mit Deckschichten unterschiedlicher Dicke Daten aufzuzeichnen oder von diesen wiederzugeben.

Es sind zwei Arten von für einen optischen Schreib/Lesekopf verwendbaren Optiken bekannt. Eine ist als infinites konjugiertes System bekannt, in dem ein von einer Laserdiode ausgesendeter Laserstrahl von einer Kollimatorlinse kolli miert und dann von einer Objektivlinse gebündelt wird. Die andere Optik ist als finites konjugiertes System bekannt, in dem ein von einer Laserdiode ausgesen deter divergenter Laserstrahl direkt von einer Objektivlinse gebündelt wird.

In dem letzteren, d. h. finiten System, kann die Anzahl an Elementen verringert und damit die Optik verkleinert werden. Eine solche Optik hat deshalb weitläufige Verwendung als eine für ein CD-Laufwerk bestimmte Optik gefunden. CD steht hierbei für Compakt Disc. Der Abbildungsmaßstab einer solchen für ein CD- Laufwerk bestimmten Optik liegt in einem Bereich von -0,25 bis -0,17.

In dem finiten System können axiale und außeraxiale Aberrationen in Folge der Scharfstell- und/oder Nachführbewegung (tracking) der Objektivlinse für eine einzelne vorgegebene optische Speicherplatte ausreichend unterdrückt werden. Für mehrere Speicherplatten, z. B. eine CCD und eine DVD, die mit Deckschichten unterschiedlicher Dicke versehen sind, können jedoch die Aberrationen nicht ausreichend unterdrückt werden. (DVD steht hierbei für "digital versatile disc"). Insbesondere wenn die Optik auf den oben genannten Abbildungsmaßstab aus gelegt und für eine DVD bestimmt ist, sind die Aberrationen deutlich größer, wodurch die Datenaufzeichnung auf der DVD bzw. die Datenwiedergabe er schwert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Optik des finiten (fokalen) Typs anzugeben, die in einem für optische Speicherplatten bestimmten Laufwerk verwendbar ist, um Daten auf verschiedenartigen optischen Speicherplatten, die Deckschichten unterschiedlicher Dicke haben, aufzuzeichnen bzw. die Daten wiederzugeben.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Optik mit den Merkmalen des An spruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü chen angegeben.

Erfüllt der Abbildungsmaßstab (Bildvergrößerung) der Objektivlinse die im An spruch 1 angegebene Bedingung, so kann für jede der optischen Speicherplatten mit ihren unterschiedlichen Deckschichten und für die Wellenlänge des ausge wählten Lichtstrahls die Wellenfrontaberration, die mit der Bewegung der Objek tivlinse in axialer Richtung variiert, auf ein tolerierbares Maß verringert werden.

Die Erfindung ermöglicht es also, dass die Wellenfrontaberration unbeschadet der Dicke der Deckschicht der gerade verwendeten optischen Speicherplatte sowie der Wellenlänge des für diese Speicherplatte ausgewählten Lichtstrahls auf ein tolerierbares Maß gedrückt werden kann.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1A die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Optik,

Fig. 1B die Draufsicht auf ein in der Optik nach Fig. 1A verwendetes Laser modul,

Fig. 2A die Vorderansicht einer Objektivlinse der Optik nach Fig. 1A,

Fig. 2B die Seitenansicht der Objektivlinse nach Fig. 2A,

Fig. 2C die vergrößerte Darstellung eines gekrümmten Teils der Objektivlin se nach Fig. 2B,

Fig. 3 den Aufbau einer Objektivlinse gemäß dem ersten Ausführungsbei spiel,

Fig. 4A und 4B die sphärische Aberration, die Sinusbedingung und den Astigmatis mus, wenn die Objektivlinse nach Fig. 3 bei einer ersten Platte ein gesetzt wird,

Fig. 5A und 5B die sphärische Aberration und die Sinusbedingung, wenn die Objek tivlinse nach Fig. 3 bei der ersten Platte eingesetzt und eine Schar feinstellung durchgeführt wird,

Fig. 6A und 6B die sphärische Aberration, die Sinusbedingung und den Astigmatis mus, wenn die Objektivlinse nach Fig. 3 bei einer zweiten Platte ein gesetzt wird,

Fig. 7A und 7B die sphärische Aberration und die Sinusbedingung, wenn die Objek tivlinse nach Fig. 3 bei der zweiten Platte eingesetzt und eine Scharfeinstellung vorgenommen wird,

Fig. 8 den Zusammenhang zwischen Bildhöhe und Wellenfrontaberration bei der Optik gemäß erstem Ausführungsbeispiel an Hand eines Graphen,

Fig. 9 den Aufbau einer Objektivlinse gemäß zweitem Ausführungsbeispiel,

Fig. 10A und 10B die sphärische Aberration, die Sinusbedingung und den Astigmatis mus, wenn die Objektivlinse nach Fig. 9 für die erste Platte verwen det wird,

Fig. 11A und 11B die sphärische Aberration und die Sinusbedingung, wenn die Objek tivlinse nach Fig. 9 für die erste Platte verwendet und eine Schar feinstellung vorgenommen wird,

Fig. 12A und 12B die sphärische Aberration, die Sinusbedingung und den Astigmatis mus, wenn die Objektivlinse nach Fig. 9 für die zweite Platte ver wendet wird,

Fig. 13A und 13B die sphärische Aberration und die Sinusbedingung, wenn die Objek tivlinse nach Fig. 9 für die zweite Platte verwendet und eine Schar feinstellung vorgenommen wird, und

Fig. 14 den Zusammenhang zwischen Bildhöhe und Wellenfrontaberration bei der Optik gemäß zweitem Ausführungsbeispiel an Hand eines Graphen.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.

Fig. 1A zeigt die Seitenansicht einer Optik 100 eines nicht dargestellten Speicher plattenlaufwerks. Die Optik 100 ist in der Lage, Daten von einer DVD, einer CD und einer CD-R zu lesen bzw. diese Daten wiederzugeben. Fig. 1B zeigt die Draufsicht eines Lasermoduls 10, das in der in Fig. 1A gezeigten Optik 100 ver wendet wird. Die Optik 100 enthält das Lasermodul 10 und eine Objektivlinse 20, wie in Fig. 1A gezeigt ist. Das Lasermodul 10 sendet und empfängt einen Laser strahl. Die Objektivlinse 20 dient dazu, einen von dem Lasermodul 10 ausgesen deten divergenten Laserstrahl auf eine Datenaufzeichnungsfläche einer optischen Platte 30 oder 31 aufzuzeichnen.

Das Lasermodul 10 enthält eine Silizium-Grundplatte 11, auf der eine Einzelchip- Laserdiode 12, ein Prisma 13 und ein Paar Lichtempfangselemente 14a und 14b montiert sind. Die Laserdiode 12 ist so aufgebaut, dass zwei aktive Schichten unterschiedlichen Typs ausgebildet sind. Die Laserdiode 12 hat einen ersten Lichtabstrahlpunkt 12a zum Aussenden eines Laserstrahls der Wellenlänge 658 nm und einen zweiten Lichtabstrahlpunkt 12b zum Aussenden eines Laserstrahls der Wellenlänge 787 nm. Der erste und der zweite Lichtaussendepunkt 12a, 12b haben etwa einen Abstand von 100 µm voneinander.

Ein von dem ersten oder dem zweiten Lichtabstrahlpunkt 12a, 12b ausgesendeter Laserstrahl wird an einer geneigten Reflexionsfläche 13R des Prismas 13 reflek tiert. Diese Reflexionsfläche 13R ist gegenüber dem Hauptstrahl als auch der optischen Achse der Objektivlinse 20 um 45° geneigt. Der an der Reflexionsfläche 13R reflektierte Laserstrahl trifft so auf die Objektivlinse 20. Der von dem ersten oder dem zweiten Lichtabstrahlpunkt 12a, 12b ausgesendete Laserstrahl ist ein divergenter Strahl, der auch noch auf die Objektivlinse 20 als divergenter Strahl auftrifft und von letzterer auf die Datenaufzeichnungsfläche der optischen Platte 30 oder 31 gebündelt wird. Obgleich in der Figur nicht dargestellt, ist die Objek tivlinse 20 über einen bekannten Fokussiermechanismus in Richtung der opti schen Achse und über einen bekannten Nachführmechanismus (Tracking- Mechanismus) in radialer Richtung der optischen Platte 30 bzw. 31 bewegbar.

In dieser Beschreibung und den Figuren wird eine Platte, deren Deckschicht vergleichsweise dünn, z. B. 0,6 mm, und deren Datenaufzeichnungsdichte ver gleichsweise hoch ist, als erste Platte 30 bezeichnet. In Fig. 1A ist die erste Platte 30 mit durchgezogenen Linien dargestellt. Eine Platte, deren Deckschicht ver gleichsweise dick, z. B. 1,2 mm, und deren Datenaufzeichnungsdichte vergleichs weise gering ist, wird im Folgenden als zweite Platte 31 bezeichnet. In Fig. 1A ist die zweite Platte 31 mit gestrichelten Linien dargestellt. Als Beispiel für die erste Platte 30 ist eine DVD und als Beispiel für die zweite Platte eine CD oder eine CD- R zu nennen.

Wird die erste Platte verwendet, so wird ein von dem ersten Lichtabstrahlpunkt 12a ausgesendeter Lichtstrahl L1 der Wellenlänge 658 nm eingesetzt, um auf der Datenaufzeichnungsfläche der Platte 30 einen vergleichsweise kleinen Strahl punkt zu erzeugen. Wird dagegen die zweite Platte 31 verwendet, wird ein von dem zweiten Lichtabstrahlpunkt 12b ausgesendeter Laserstrahl L2 der Wellenlän ge 787 nm unter Berücksichtigung der spektralen Reflektivität der CD-R einge setzt.

Die beiden Platten 30 und 31 sind jeweils auf einem rotierenden, nicht dargestell ten Drehtisch angeordnet, wobei die objektivlinsenseitige Fläche in Kontakt mit dem Drehtisch steht. Da die Lichtabstrahlpunkte 12a und 12b in Strahlrichtung an der gleichen Stelle angeordnet sind, ist ihr Abstand von der Fläche der Deck schicht der Platte 30 oder 31 ohne Rücksicht auf den Plattentyp konstant. Da sich jedoch die Platten 30 und 31 in der Dicke ihrer Deckschichten voneinander unter scheiden, sind die Abstände der Lichtabstrahlpunkte 12a und 12b von den Daten aufzeichnungsflächen der Platten 30 und 31 verschieden. Die Objektivlinse 20 muss deshalb bewegt und damit eine Scharfeinstellung vorgenommen werden, um den Konvergenzpunkt des Laserstrahls auf die Oberfläche der Datenaufzeich nungsschicht zu bringen.

Insbesondere wenn auf der ersten optischen Platte 30 Daten aufgezeichnet oder von dieser gelesen werden, ist die Objektivlinse 20 in einer Stellung angeordnet, die mit den durchgezogenen Linien angedeutet ist. In diesem Fall wird der von dem ersten Lichtabstrahlpunkt 12a ausgesendete Laserstrahl L1 der Wellenlänge 658 nm auf die Datenaufzeichnungsfläche der ersten optischen Platte 30 gebün delt. Werden dagegen Daten auf der zweiten optischen Platte 31 aufgezeichnet oder von dieser ausgelesen, so ist die Objektivlinse 20 in einer zweiten Stellung angeordnet, die mit den gestrichelten Linien angedeutet ist. In diesem Fall wird der von dem zweiten Lichtabstrahlpunkt 12b ausgesendete Laserstrahl L2 der Wellenlänge 788 nm auf die Datenaufzeichnungsfläche der zweiten optischen Platte 31 gebündelt.

Das an der Datenaufzeichnungsfläche der Platte 30 oder 31 reflektierte Licht tritt durch die Objektivlinse 20 und trifft als konvergenter Strahl auf das Lasermodul. Ein Teil des auf die Reflexionsfläche 13R des Prismas 13 treffenden Strahls tritt hindurch, wird im Inneren des Prismas 13 zweimal reflektiert und trifft dann auf ein erstes oder ein zweites Lichtempfangselement 14a oder 14b. Der von dem ersten Lichtabstrahlpunkt 12a ausgesendete Laserstrahl L1 trifft auf das erste Lichtemp fangselement 14a und der von dem zweiten Lichtabstrahlpunkt 12b ausgesendete Laserstrahl L2 auf das zweite Lichtempfangselement 14b. Beide Lichtempfangs elemente 14a und 14b sind an sich bekannte Elemente mit mehreren Lichtemp fangsbereichen. Auf Grundlage der von jedem Lichtempfangsbereich empfange nen Lichtmenge werden ein Wiedergabesignal, das den auf der Platte 30 oder 31 aufgezeichneten Daten entspricht, ein Fokussier-Fehlersignal und ein Nachführ- Fehlersignal erzeugt. Da die Erzeugung dieser Signale an sich bekannt ist, wird auf eine diesbezügliche Beschreibung an dieser Stelle verzichtet.

Der Abbildungsmaßstab M der Objektivlinse 20 erfüllt folgende Bedingung (1).

-0,144 < M < -0,099 (1)

In der in Fig. 1 gezeigten finiten Optik beeinflusst der Abbildungsmaßstab M der Objektivlinse 20 die Aberrationen, wenn die Scharfeinstellung und/oder die Nach führung durchgeführt wird.

In Bedingung (1) ist der Abbildungsmaßstab M wie folgt definiert:

a/b,

worin a (< 0) der optische Abstand der Objektivlinse 20 von der Datenaufzeich nungsfläche der Platte 30 oder 31 und b (< 0) der optische Abstand des Lichtab strahlpunkts 12a oder 12b von der Objektivlinse 2G ist. Da der Abbildungsmaßstab M wie oben angegeben definiert ist, hat er negatives Vorzeichen. Wenn in dieser Beschreibung die Rede davon ist, dass der Abbildungsmaßstab M größer ist, so ist M näher an 0 oder der Absolutwert von M kleiner, d. h. |b| größer. Wenn dage gen die Rede davon ist, dass der Abbildungsmaßstab kleiner ist, so ist der Abso lutwert von M größer, d. h. |b| kleiner.

In der finiten Optik variiert die sphärische Aberration, wenn die Objektivlinse 20 zur Scharfeinstellung in Richtung der optischen Achse bewegt wird. Sind die Dicke der Deckschicht der Platte 30 oder 31 und der von der jeweils verwendeten Platte 30 oder 31 abhängige Verstellwert der Objektivlinse 20 bekannt, so stellt sich die sphärische Aberration als Funktion des Abbildungsmaßstabs M dar. Je größer der Abbildungsmaßstab M ist, desto kleiner ist die Variation der sphärischen Aberrati on. Im Hinblick auf die Kompensation der sphärischen Aberration ist es deshalb von Vorteil, wenn der Abbildungsmaßstab M größer, d. h. der Absolutwert von M kleiner ist.

Wird die Objektivlinse 20 zum Nachführen senkrecht zu ihrer optischen Achse bewegt, treten außeraxiale Aberrationen wie Koma und Astigmatismus auf. Der Wert dieser außeraxialen Aberrationen variiert in Abhängigkeit der Dicke der Deckschicht. In einem System, in dem eine einzige Objektivlinse 20 für zwei optische Platten 30 und 31 mit unterschiedlichen Deckschichten verwendet wird, ist es unmöglich, die außeraxialen Aberrationen für die beiden Platten 30 und 31 in gleicher Weise zu kompensieren. Die außeraxialen Aberrationen sind kleiner, wenn der Abbildungsmaßstab größer ist. Um die außeraxialen Aberrationen für mehrere Platten zu unterdrücken, ist es deshalb von Vorteil, wenn der Abbil dungsmaßstab M größer, d. h. näher 0 ist.

Wird die CD, d. h. die Platte 31 verwendet, so verschiebt sich die Oberfläche der Platte um etwa 1 mm in Richtung der optischen Achse. Die Optik sollte deshalb so aufgebaut sein, dass die Aberrationen ein tolerierbares Maß nicht übersteigen, wenn die Objektivlinse zur Scharfeinstellung bewegt wird, um der verschobenen Plattenoberfläche zu folgen.

Im Hinblick auf das Nachführen sollte eine Bewegung der Objektivlinse 20 in einem Bereich von etwa ±0,4 mm gestattet sein. Die Aberrationen übersteigen demnach nicht das tolerierbare Maß, wenn die Objektivlinse in dem oben angege benen, auf das Nachführen ausgelegten Verstellbereich bewegt wird.

Die untere Grenze der Bedingung (1) gibt den Wert an, wenn

1. die Toleranz der Wellenfrontaberration in Folge sphärischer Aberration bei Durchführen der Scharfeinstellung 0,05 λ (RMS-Wert, d. h. quadratisches Mittel; λ ist die Wellenlänge) beträgt und
2. die Toleranz der Wellenfrontaberration in Folge Koma und Astigmatismus bei Durchführen der Nachführung 0,05 λ beträgt, und

die Wellenfrontaberration die Toleranz nicht übersteigt, wenn die Scharfeinstel lung für 1 mm und die Nachführung für 0,4 mm durchgeführt werden.

Wie oben erläutert, ist es hinsichtlich der Unterdrückung der Aberrationen von Vorteil, wenn der Abbildungsmaßstab größer ist. Um andererseits den Laserstrahl effizient auf die Objektivlinse treffen zu lassen und die Optik zu verkleinern, ist es von Vorteil, wenn der Abbildungsmaßstab M kleiner ist. Die obere Grenze der Bedingung (1) ist so gewählt, dass die Lichtmenge, die auf die Objektivlinse trifft, wenn der Abbildungsmaßstab an seiner oberen Grenze ist, nicht kleiner als die Hälfte der Lichtmenge ist, die auf die Objektivlinse trifft, wenn der Abbildungs maßstab M an seiner oberen Grenze ist.

Die Objektivlinse 20 wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 2A bis 2C beschrieben.

Fig. 2A zeigt die Objektivlinse 20 in der Vorderansicht, Fig. 2B in der Seitenansicht und Fig. 2C einen gekrümmten Abschnitt der in Fig. 2B gezeigten Objektivlinse.

Die Objektivlinse 20 ist eine aus Kunstharz bestehende Einzellinse. Sie ist eine bikonvexe Linse mit zwei Brechungsflächen, die beide asphärisch sind. An einer Fläche 21 ist eine Beugungslinsenstruktur 21 ausgebildet, die um die optische Achse der Objektivlinse 20 zentrierte, konzentrische Ringzonen hat. Die Grenzen der Ringzonen sind ähnlich einer Fresnel-Linse als Stufen ausgebildet, die parallel zur optischen Achse gerichtet sind.

In Abhängigkeit der verwendeten Platte, also der Platte 30 oder 31, variiert die Dicke der Deckschicht. Mit Austausch der Platten 30 und 31 ändert sich deshalb die sphärische Aberration. Die sphärische Aberration ändert sich dabei in der Überkorrektionsrichtung, wenn die Dicke der Deckschicht zunimmt.

Wird die Objektivlinse 20 in axialer Richtung bewegt, wobei der divergente Strahl auf sie trifft, so ändert sich die sphärische Aberration. In diesem Fall ändert sich die sphärische Aberration in der Überkorrektionsrichtung, wenn sich die Objek tivlinse von dem Lasermodul 10 wegbewegt und der Platte 30 oder 31 nähert.

Um den eben erläuterten Nachteil zu vermeiden, hat die Beugungslinsenstruktur 21 eine Charakteristik derart, dass sich die sphärische Aberration in Abhängigkeit der Wellenlänge des durchtretenden Strahls ändert. Insbesondere ist die Beu gungsstruktur 21a so ausgebildet, dass sich die sphärische Aberration mit Anstieg der Wellenlänge in Unterkorrektionsrichtung ändert. Mit dieser Ausbildung kann gleichgültig, welche Platte 30 oder 31 eingesetzt wird, eine den Anforderungen genügende Wellenfront geformt werden.

Im Folgenden werden zwei numerische Ausführungsbeispiele beschrieben. In diesen beiden Ausführungsbeispielen wird auf das Lasermodul 10 gemeinsam Bezug genommen. Jeder der Objektivlinsen der beiden numerischen Ausfüh rungsbeispiele ist für ein Plattenlaufwerk bestimmt, das die erste Platte 30 und die zweite Platte 31 verwendet. Wie oben erläutert, ist die Dicke der Deckschicht der ersten Platte 30 gleich 0,6 mm und die der zweiten Platte 31 gleich 1,2 mm. In beiden numerischen Ausführungsbeispielen ist die Beugungslinsenstruktur an der ersten Fläche der Objektivlinse 20 ausgebildet.

Erstes numerisches Ausführungsbeispiel

Fig. 3 zeigt die Objektivlinse 20 und die Platten 30 und 31 gemäß dem ersten numerischen Ausführungsbeispiel. Wird die durch die durchgezogene Linie ange deutete erste Platte 30 verwendet, so befindet sich die Objektivlinse 20 an einer von der optischen Platte 30 entfernten, mit der durchgezogenen Linie angedeu teten Position. Wird dagegen die mit der gestrichelten Linie dargestellte zweite Platte 31 verwendet, so befindet sich die Objektivlinse 20 an einer mit der gestri chelten Linie angedeuteten zweiten Position, die näher an der optischen Platte 31 liegt. Eine parallele Platte G stellt ein an dem Lasermodul 10 vorgesehenes Deck glas dar.

Die numerischen Daten für die Objektivlinse 20 gemäß dem ersten numerischen Ausführungsbeispiel sind in Tabelle 1 angegeben. In Tabelle 1 bezeichnet #0 Lichtabstrahlpunkte, #1 und #2 die Flächen des Deckglases G, #3 und #4 die erste und die zweite Fläche der Objektivlinse 20, #5 und #6 die Deckschicht der optischen Platte 30 bzw. 31. In Tabelle 1 bezeichnen λ₁, NA₁, M₁ und d₁ die Wellenlänge (Einheit: nm), die numerische Apertur, den Abbildungsmaßstab bzw. den längs der optischen Achse gemessenen Abstand (Einheit: mm) zwischen den Flächen bei Verwendung der ersten optischen Platte 30. Weiterhin bezeichnen die Symbole λ₂, NA₂, M₂ und d₂ die Wellenlänge (Einheit: mm), die numerische Apertur, den Abbildungsmaßstab bzw. den längs der optischen Achse gemesse nen Abstand (Einheit: mm) zwischen den Flächen bei Verwendung der zweiten optischen Platte 31. Weiterhin stellt r den makroskopischen paraxialen Krüm mungsradius (Einheit: mm) und nλ den Brechungsindex für Licht der Wellenlänge λ dar.

Wie oben erläutert, ist die erste Fläche 21 der Objektivlinse 20 eine asphärische Fläche, wenn man die Beugungslinsenstruktur wegläßt. Dies bedeutet, dass die Basiskurve der Beugungslinsenstruktur einer asphärischen Fläche entspricht. Auch die zweite Fläche 22 ist eine asphärische Fläche. Eine rotationssymmetri sche, asphärische Fläche kann durch folgende Formel (2) ausgedrückt werden:

worin X(h) ein Durchbiegungswert (d. h. ein Abstand einer auf der optischen Achse tangential an der asphärischen Fläche anliegenden Fläche an einer Stelle, deren Höhe über der optischen Achse gleich h ist), C die Krümmung der asphärischen Fläche auf der optischen Achse (C = 1/r) und K ein Kegelschnittkoeffizient ist. A₄ bis A₁₂ sind Asphärenkoeffizienten vierter, sechster, achter, zehnter bzw. zwölfter Ordnung. In Tabelle 1 ist der Krümmungsradius r auf der optischen Achse ange geben.

Die an der ersten Fläche 21 der Objektivlinse 20 ausgebildete Beugungslinsen struktur wird durch folgende Funktion (3) der optischen Weglängendifferenz ausgedrückt:

ϕ(h) = (P₂h² + P₄h⁴ + P₆h⁶ + . . .) . λ (3)

worin ϕ(h) eine optische Weglängendifferenz angibt, d. h. eine Differenz der opti schen Weglänge in einer Höhe h über der optischen Achse zwischen einem Strahl, der von der Beugungslinsenstruktur nicht gebeugt wird, und einem Strahl, der von der Beugungslinsenstruktur gebeugt wird. P₂, P₄, P₆, . . . geben Koeffizi enten der Ordnung zwei, vier, sechs, . . . an.

Die Kegelschnittkoeffizienten und die Asphärenkoeffizienten, welche die asphäri schen Flächen festlegen, und die Koeffizienten der optischen Weglängendiffe renz, welche die Beugungslinsenstruktur festlegen, sind in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 1

Tabelle 2

Die Fig. 4A und 4B zeigen die sphärische Aberration und den Astigmatismus, wenn die in Fig. 3 dargestellte Objektivlinse 20 für die erste Platte 30 verwendet wird und die Einstellwerte für die Scharfeinstellung und die Nachführung gleich 0 sind, was im Folgenden als Referenzzustand bezeichnet wird. Fig. 4A zeigt die sphärische Aberration SA und die Sinusbedingung SC. Die vertikale Achse der Fig. 4A stellt die numerische Apertur NA dar. Fig. 4B zeigt den Astigmatismus (S: sagittal; M: meridional). Die vertikale Achse der Fig. 4B stellt die Bildhöhe h dar. Die horizontalen Achsen der Fig. 4A und 4B geben jeweils die Aberration (Einheit: mm) an.

Die Fig. 5A und 5B zeigen die sphärische Aberration und die Sinusbedingung, wenn die Objektivlinse 20 für die erste Platte 30 verwendet und die Scharfeinstel lung durchgeführt wird, d. h. die Fläche der ersten Platte 30 bewegt sich in Rich tung der optischen Achse, und auch die Objektivlinse 20 wird zum Scharfeinstel len bewegt. Fig. 5A zeigt die Charakteristik, wenn die erste Platte 30 um 1 mm von dem Lasermodul 10 wegbewegt ist, d. h. die Verschiebung der Platte +1 mm beträgt. Fig. 5B zeigt die Charakteristik, wenn die erste Platte 30 um 1 mm auf das Lasermodul 10 zubewegt ist, d. h. die Verschiebung der Platte -1 mm beträgt.

Die Fig. 6A und 6B zeigen die sphärische Aberration und den Astigmatismus, wenn die Objektivlinse 20 für die zweite Platte 31 verwendet wird und sich im Referenzzustand befindet. Die Fig. 7A und 7B zeigen die sphärische Aberration und die Sinusbedingung, wenn die Objektivlinse 20 für die zweite Platte 31 ver wendet und die Scharfeinstellung ausgeführt wird.

Die Wellenfrontaberration, die auftritt, wenn sich die Objektivlinse 20 im Referenz zustand befindet, und die Wellenfrontaberration, die auftritt, wenn die Platten zum Scharfeinstellen um ±1 mm bewegt werden, sind in Tabelle 3 angegeben.

Tabelle 3

Unter der Voraussetzung, dass der Abbildungsmaßstab der Objektivlinse etwa -0,1 und der Toleranzwert für die Wellenfrontaberration 0,050 λ beträgt, liegt die durch die Verschiebung der optischen Platten 30 und 31 um 1 mm verursachte Änderung der Wellenfrontaberration innerhalb des Toleranzbereichs.

Die durch die Nachführung, d. h. das Tracking verursachte Aberration wird im Folgenden diskutiert.

Fig. 8 zeigt einen Graphen, der den Zusammenhang zwischen der Bildhöhe y, d. h. dem Abstand von der optischen Achse, und der Wellenfrontaberration bei der Optik gemäß erstem Ausführungsbeispiel angibt. Die Charakteristik für die erste Platte 30 ist mit der durchgezogenen Linie und die Charakteristik für die zweite Platte 31 mit der einfach gepunkteten Linie dargestellt.

Wie dem in Fig. 8 dargestellten Graphen zu entnehmen ist, ist die Bildhöhe y, in der die Wellenfrontaberration 0,05 λ ist, für die erste Platte 30 gleich 0,0571 mm und für die zweite Platte 31 0,0899 mm. Ist der Toleranzwert für die Wellenfron taberration 0,05 λ, so befinden sich die oben angegebenen Bildhöhen im Tole ranzbereich.

Eine Toleranzbreite X für die Nachführung der Objektivlinse 20 ist durch folgende Formel (4) festgelegt:

X = y(1 - 1/M) (4)

worin y die Bildhöhe und M der Abbildungsmaßstab der Objektivlinse 20 ist.

Gemäß Formel (4) beträgt die tolerierbare Nachführbreite für die erste Platte 30 (M = -0,1002) ± 0,627 mm und für die zweite Platte 31 (M = -0,1009) ± 0,981 mm. Es ist davon auszugehen, dass die erforderliche Nachführbreite üblicherweise ±0,4 mm beträgt. Die oben angegebene Nachführbreiten erfüllen also diese übliche Anforderung.

Zweites numerisches Ausführungsbeispiel

Fig. 9 zeigt die Objektivlinse 20 und die Platten 30 und 31 gemäß zweitem nume rischem Ausführungsbeispiel. Wird die mit der durchgezogenen Linie angedeutete erste Platte 30 verwendet, so befindet sich die Objektivlinse 20 in einer mit der durchgezogenen Linie dargestellten ersten Position, die von der optischen Platte 30 entfernt ist. Wird dagegen die mit der gestrichelten Linie angedeutete zweite Platte 31 verwendet, so ist die Objektivlinse 20 in einer mit der gestrichelten Linie dargestellten zweiten Position angeordnet, die sich näher der optischen Platte 31 befindet. Die Parallelplatte G stellt ein an dem Lasermodul 10 vorgesehenes Deckglas dar.

Die numerischen Daten für die Objektivlinse gemäß zweiten Ausführungsbeispiel sind in Tabelle 4 angegeben. Die Kegelschnittkoeffizienten und die Asphären koeffizienten, welche die asphärischen Flächen festlegen, sowie die Koeffizienten für die optische Weglängendifferenz, welche die Beugungslinsenstruktur festle gen, sind in Tabelle 5 angegeben.

Tabelle 4

Tabelle 5

Die Fig. 10A und 10B zeigen die sphärische Aberration, die Sinusbedingung und den Astigmatismus, wenn die in Fig. 9 gezeigte Objektivlinse 20 für die erste Platte 30 verwendet wird und sich im Referenzzustand befindet. Fig. 10A zeigt die sphärische Aberration SA sowie die Sinusbedingung SC und Fig. 10B den Astig matismus.

Die Fig. 11A und 11B zeigen die sphärische Aberration und die Sinusbedingung, wenn die Objektivlinse 20 gemäß zweitem Ausführungsbeispiel für die erste Platte 30 verwendet und die Scharfeinstellung durchgeführt wird (d. h. die Fläche der ersten Platte 30 bewegt sich in Richtung der optischen Achse, und auch die Objektivlinse 20 wird zur Scharfeinstellung bewegt). Fig. 11A zeigt die Charakteri stik, wenn die erste Platte 30 um 1 mm von dem Lasermodul 10 wegbewegt ist, d. h. die Verschiebung der Platte +1 mm beträgt. Dagegen zeigt Fig. 11B die Charakteristik, wenn die erste Platte 30 um 1 mm auf das Lasermodul 10 zube wegt ist, d. h. die Verschiebung der Platte -1 mm beträgt.

Die Fig. 12A und 12B zeigen die sphärische Aberration und die Sinusbedingung, wenn die Objektivlinse 20 für die zweite Platte 31 verwendet wird und sich im Referenzzustand befindet. Dagegen zeigen die Fig. 13A und 13B die sphärische Aberration und die Sinusbedingung, wenn die Objektivlinse 20 für die zweite Platte 31 verwendet und die Scharfeinstellung durchgeführt wird.

Die Wellenfrontaberration, die auftritt, wenn sich die Objektivlinse 20 im Referenz zustand befindet, und die Wellenfrontaberration, die auftritt, wenn die Platten zur Scharfeinstellung um ±1 mm bewegt werden, sind in Tabelle 6 angegeben.

Tabelle 6

Unter der Voraussetzung, dass der Abbildungsmaßstab M der Objektivlinse 20 etwa -0,14 und der Toleranzwert für die Wellenfrontaberration 0,050 λ beträgt, liegt die durch die Verschiebung der optischen Platten 30 und 31 verursachte Änderung der Wellenfrontaberration etwa im kritischen Bereich.

Die durch das Nachführen verursachte Aberration wird im Folgenden diskutiert.

Fig. 14 stellt einen Graphen dar, der den Zusammenhang zwischen der Bildhöhe y und der Wellenfrontaberration der Optik gemäß zweitem Ausführungsbeispiel angibt. Die Charakteristik für die erste Platte 30 ist durch die durchgezogene Linie und die Charakteristik für die zweite Platte 31 durch die einfach gepunktete Linie angedeutet.

Wie aus dem Graphen nach Fig. 14 hervorgeht, ist die Bildhöhe y, in der die Wellenfront 0,05 λ beträgt, für die erste Platte 30 gleich 0,0534 mm und für die zweite Platte 31 gleich 0,0937 mm. Beträgt der Toleranzwert für die Wellenfron taberration 0,05 λ, so liegen die vorstehend angegebenen Bildhöhen im Toleranz bereich.

Gemäß Formel (4) ist die tolerierbare Nachführbreite für die erste Platte 30 (M = -0,1432) gleich ±0,434 mm und für die zweite Platte 31 (M = -0,1418) gleich ±0,754 mm. Die oben erhaltenen Nachführbreiten erfüllen also die übliche Anfor derung, nämlich ±0,4 mm.

Claims

1. Optik (100) für einen optischen Schreib/Lesekopf, der in einem Laufwerk verwendbar ist, das für optische Speicherplatten (30, 31) mit Deckschichten unterschiedlicher Dicke bestimmt ist, mit
einer Lichtquelleneinheit (10), die ausgebildet ist, divergente Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge auszusenden, wobei der gerade verwendete Lichtstrahl in Abhängigkeit der Dicke der auf der optischen Speicherplatte (30, 31) ausgebildeten Deckschicht der in das Laufwerk eingelegten Spei cherplatte (30, 31) ausgewählt wird,
einer Objektivlinse (20), welche die von der Lichtquelleneinheit (10) abgege benen divergenten Lichtstrahlen auf eine Datenaufzeichnungsfläche der op tischen Speicherplatte (30, 31) bündelt, und
einer Lichtempfangseinheit (14a, 14b), die einen an der Datenaufzeich nungsfläche der optischen Speicherplatte (30, 31) reflektierten Lichtstrahl empfängt und diesem entsprechende elektronische Signale erzeugt, wobei der Abbildungsmaßstab M der Objektivlinse (20) folgende Bedingung erfüllt:
-0,144 < M < -0,099.

2. Optik (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquel leneinheit (10) mehrere eng beieinanderliegende Lichtabstrahlpunkte (12a, 12b) enthält, die jeweils ausgebildet sind, einen Lichtstrahl unterschiedlicher Wellenlänge auszusenden, und dass der gerade verwendete Lichtabstrahl punkt (12a, 12b) in Abhängigkeit der der Dicke der auf der optischen Spei cherplatte (30, 31) ausgebildeten Deckschicht der in das Laufwerk einge legten Speicherplatte (30, 31) ausgewählt wird.

3. Optik (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Lichtstrahl längerer Wellenlänge für eine optische Spei cherplatte (30, 31) mit dickerer Deckschicht ausgewählt wird, wobei sich die Objektivlinse (20) näher an der Speicherplatte (30, 31) befindet, und dass ein Lichtstrahl kürzerer Wellenlänge für eine optische Speicherplatte (30, 31) mit einer dünneren Deckschicht ausgewählt wird, wobei sich die Objektivlin se (20) weiter von der Speicherplatte (30, 31) entfernt befindet.

4. Optik (100) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Lichtabstrahlpunkte (12a, 12b) zur Oberfläche der Deckschicht der Speicherplatte (30, 31) unbeschadet der Dicke der Deckschicht für un terschiedliche Speicherplatten (30, 31) konstant ist.

5. Optik (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Objektivlinse (20) eine Charakteristik derart hat, dass die sphärische Aberration in Abhängigkeit der Wellenlänge des durch sie treten den Lichtstrahls variiert.

6. Optik (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass an mindestens einer Brechungsfläche der Objektivlinse (20) eine Beugungslinsenstruktur (21) ausgebildet ist, die eine Charakteristik der art hat, dass die sphärische Aberration in Abhängigkeit der Wellenlänge des durch die Beugungslinsenstruktur (21) tretenden Lichtstrahls variiert.

7. Optik (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beu gungslinsenstruktur (21) derart ausgebildet ist, dass sich die sphärische Ab erration mit Anstieg der Wellenlänge des auf die Beugungslinsenstruktur (21) treffenden Lichtstrahls in der Unterkorrektionsrichtung ändert.

8. Optik (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelleneinheit (10) zwei Lichtabstrahlpunkte (12a, 12b) hat, die auf einem Einzelchip ausgebildet sind.

9. Optik (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht empfangseinheit (14a, 14b) und die Lichtquelleneinheit (10) gemeinsam auf einer Grundplatte (11) angebracht sind.