DE10330945A1 - Optischer Abtaster mit Mikrooptik zur Strahlkombination - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen optischen Abtaster mit einem mikrooptischen Element (8, 8') zur Kombination zweier Lichtstrahlen (2a, 2b). DOLLAR A Gemäß der Erfindung weist ein optischer Abtaster ein aus zwei Teilen bestehendes mikrooptisches Element (8, 8') zur Kombination zweier von zwei Strahlquellen (1) ausgesandter Lichtstrahlen (2a, 2b) auf einem Photodetektor (9) auf, wobei der erste Teil den ersten Lichtstrahl (2a) beeinflusst und der zweite Teil den zweiten Lichtstrahl (2b) beeinflusst.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Abtaster mit einem mikrooptischen Element zur Kombination zweier Lichtstrahlen sowie ein Gerät zum Lesen und/oder Beschreiben optischer Aufzeichnungsträger, das einen solchen optischen Abtaster aufweist.
  • Geräte zum Lesen und/oder Beschreiben optischer Aufzeichnungsträger, die für verschiedene Arten von optischen Aufzeichnungsträgern geeignet sind, benötigen häufig mehrere Strahlquellen, die Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge aussenden. Ein Beispiel sind Geräte zum Lesen und/oder Beschreiben von DVDs (Digital Versatile Disc), die üblicherweise in der Lage sind, CDs (Compact Disc) wiederzugeben. Während für die DVDs eine Wellenlänge von 650nm verwendet wird, werden die CDs mit einer Wellenlänge von 780nm ausgelesen. Die Entwicklung optischer Laufwerke, die mit noch kürzeren Wellenlängen arbeiten, wie z.B. Laufwerke für Blu-Ray Disc, die mit einer Wellenlänge von 405nm arbeiten, wird auch zukünftig die Verwendung mehrerer Strahlquellen notwendig machen.
  • In vielen Geräten werden diskrete Laserdioden für die Erzeugung der verschiedenen Wellenlängen verwendet. Für solche Geräte müssen allerdings viele Teile verwendet werden, was mit hohen Kosten und einem hohem Justageaufwand verbunden ist. Speziell der notwendige Strahlkombinationswürfel zur Kombination der verschiedenen Lichtstrahlen verursacht hohe Kosten. Eine Alternative stellen Strahlkombinierer auf der Basis von optischen Gittern dar, wie sie zum Beispiel in der WO01/93254 beschrieben sind. Gitter weisen allerdings eine starke Wellenlängenabhängigkeit auf, was zu Problemen führen kann, wenn die Wellenlänge der Laserdioden mit steigender Temperatur driftet. Außerdem sind die Gitter nicht einfach herzustellen, da es Blaze-Gitter sind.
  • Anstelle diskreter Laserdioden finden zunehmend sogenannte Twin-Laserdioden Verwendung. Bei Twin-Laserdioden sind zwei Laserdioden, z.B. für DVD und CD, in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, was Vorteile für die Teilekosten und die Produktion mit sich bringt. In diesem Fall werden häufig Twin-Photodetektoren verwendet, die diskrete Photodetektoren für die beiden Lichtstrahlen aufweisen. Dieses Konzept lässt sich nach heutigem Stand der Technik nicht auf alle Arten optischer Speichermedien übertragen, da es beispielsweise für die bei DVD-ROM auftretenden hohen Geschwindigkeiten noch keine entsprechend schnellen Twin-Photodetektoren gibt.
    •
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen optischen Abtaster vorzuschlagen, der gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.
  • Erfindungsgemäß wird dies durch einen optischen Abtaster erreicht, der ein aus zwei Teilen bestehendes mikrooptisches Element zur Kombination zweier von zwei Strahlquellen ausgesandten Lichtstrahlen auf einem Photodetektor aufweist, wobei der erste Teil den ersten Lichtstrahl beeinflusst und der zweite Teil den zweiten Lichtstrahl beeinflusst. Die gewünschte Beeinflussung ist ein Ablenken eines oder beider Lichtstrahlen hin zu einem gemeinsamen Zielpunkt. Der Abstand der zwei Teile des mikrooptischen Elements entscheidet, ob und wo die weiterlaufenden Lichtstrahlen sich treffen. Voraussetzung für die Verwendung eines solchen mikrooptischen Elements ist, dass die Lichtstrahlen vor dem Element getrennt sind. Die Verwendung einer einzigen Linse scheidet in diesem Fall aus, da sich die beiden Lichtstrahlen andernfalls nicht im Fokus schneiden. Um ein produzierbares Element zu erhalten, werden vorteilhafterweise nur diejenigen Oberflächenteile der Elemente, die wirklich zur Strahlbeeinflussung beitragen, berücksichtigt.
  • Vorteilhafterweise sind die zwei Teile des mikrooptischen Elements Ausschnitte einer ersten und einer zweiten Sammellinse. Die Grundidee einer mikrooptischen Linse zur Kombination zweier Lichtstrahlen ist die einer Linse, die gedanklich aus zwei Linsen durch seitliches Zusammenschieben bis auf einen bestimmten Abstand entsteht. Der eine Teil der Linse wirkt nur auf den einen Lichtstrahl, der andere Teil auf den anderen Lichtstrahl. In der strahlfreien Region zwischen den Lichtstrahlen ergibt sich eine Spitze. Sie bleibt auch dann erhalten, wenn man zu praktischen Linsenformen übergeht. Natürlich kann die Spitze auch gebrochen sein, aber nur soweit die Separation der Lichtstrahlen dies erlaubt. Insgesamt ist die Kurvenform variabel mit nur geringer Auswirkung auf die Qualität der Abbildung auf dem Detektor. Je nach Ausführung der mikrooptischen Linse ist entweder die Eintrittsfläche oder die Austrittsfläche der mikrooptischen Linse als strahlbeeinflussende Fläche ausgelegt. Alternativ können auch beiden Flächen strahlbeeinflussend ausgeführt sein.
  • Vorzugsweise ist das mikrooptische Element ein Doppelprisma. Das Doppelprisma oder Dachkantenprisma ergibt sich aus einer mikrooptischen Linse, indem für die Kurvenform der Linsenfläche die Gerade als einfachste Form verwendet wird. Vorzugsweise wird die Austrittsfläche des mikrooptischen Elements als Doppelprisma ausgeführt, da dort die Separation der Lichtstrahlen größer ist. In diesem Fall kann die Eintrittsfläche des mikrooptischen Elements als Linsenoberfläche ausgelegt sein, mit der die Größe des Lichtstrahls auf dem Detektor steuerbar ist. Die Linsenoberfläche kann beispielsweise als sphärische oder zylindrische Fläche gestaltet sein. Mit letzterer ist es möglich, einen perfekt runden Strahlquerschnitt auf der Photodetektorfläche zu erzeugen, was zu einer symmetrischen S-Kurve führt. Dies ist für die Servoelektronik von Bedeutung. Der Zylinder muss dabei so gedreht sein, dass die Krümmungsebene mit der Ebene übereinstimmt, in der auch der Prismenwinkel liegt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das mikrooptische Element ein Kegel. Der Kegel stellt eine Verallgemeinerung der Idee des Doppelprismas dar. Ein praktischer Vorteil liegt in der Vereinfachung der Justage relativ zum Photodetektor, da die Winkelabhängigkeit entfällt. Allerdings führt der Kegel einen zusätzlichen Astigmatismus ein. Seine Eignung als mikrooptisches Element ist daher im Einzelfall zu prüfen. Auch beim Kegel ist vorzugsweise die Austrittsfläche des mikrooptischen Elements kegelförmig ausgebildet. Die Eintrittsfläche kann wiederum als Linsenoberfläche ausgebildet sein.
  • Vorteilhafterweise ist das mikrooptische Element beim Photodetektor angeordnet. Dort ist der Abstand zwischen den beiden Lichtstrahlen am größten, wodurch die Anforderungen an die Minimierung der Mikrooptik und die Justagegenauigkeit reduziert werden. Alternativ ist das mikrooptische Element bei den Strahlquellen angeordnet. Auch dort sind die Lichtstrahlen relativ weit voneinander getrennt, so dass sich auch in diesem Fall geringere Anforderungen an die Minimierung der Mikrooptik und die Justagegenauigkeit ergeben. Je nach Ausführung kann das mikrooptische Element zusätzlichen Astigmatismus in den Lichtstrahlen verursachen. In solchen Fällen ist eine Anordnung am Photodetektor vorzuziehen.
  • Vorzugsweise ist das mikrooptische Element mit dem Photodetektor verklebt. Das mikrooptische Element muss im optischen Abtaster justiert werden. Das Element ist allerdings sehr klein und nahe beim Photodetektor angeordnet, der ebenfalls justiert werden muss, wodurch die Justage erschwert wird. Das mikrooptische Element kann aber in direkten Kontakt zu einem Deckglas des Photodetektors gebracht werden. Dazu ist eine Vorjustage unter dem Mikroskop nötig, bei der das mikrooptische Element anhand der Trennlinie der Detektorflächen ausgerichtet wird. Anschließend erfolgt durch einen Prozessschritt, beispielsweise eine Klebung, die Fixierung des mikrooptischen Elements auf dem Deckglas. Es verbleibt die Justage des Photodetektors als normaler Prozessschritt in der Fertigung optischer Abtaster. Die Vorjustage des mikrooptischen Elements hat geringere Genauigkeitsanforderungen als die Justage des Photodetektors, da ein Toleranzbereich gegenüber Verschieben und Verdrehen des mikrooptischen Elements besteht.
  • Erfindungsgemäß ist das mikrooptische Element ein integraler Bestandteil des Deckglases des Photodetektors. Dies ist beispielsweise möglich, indem das mikrooptische Element und das Deckglas im Kunststoffspritzgussverfahren als Einheit gefertigt werden. Das normalerweise plan ausgeführte Deckglas ist dann strukturiert. Dies stellt eine sehr elegante Lösung dar, da der Prozess der Vorjustage zum Werkzeug für das Detektorgehäuse verlagert wird.
  • Vorteilhafterweise sind die Strahlquellen zu einer Twin-Laserdiode integriert. Dies bringt Vorteile für die Teilekosten und die Produktion mit sich. Einerseits entfällt eine Justage der relativen Positionen der Laserdioden, andererseits kann auf einen kostenintensiven Strahlkombinationswürfel verzichtet werden. Darüber hinaus können die meisten optischen Komponenten des optischen Abtasters für beide Lichtstrahlen verwendet werden, so dass insgesamt weniger Komponenten benötigt werden.
  • Erfindungsgemäß beeinflusst das mikrooptische Element nur einen der Lichtstrahlen in seiner Raumlage. Das mikrooptische Element kann auf diese Weise einfacher gestaltet sein. Vorzugsweise wird nur der gegen Aberrationen unkritischere Lichtstrahl abgelenkt. Darüber hinaus kann die unterschiedliche optische Weglänge der beiden Lichtstrahlen auch zur Kompensation eines eventuell vorhandenen optischen Offsets genutzt werden.
  • Zur besseren Justierbarkeit der Lichtstrahlen auf dem Detektor ist es von Vorteil, wenn ein optisches Justageelement vorgesehen ist, mit dem die Raumlage des ersten und/oder des zweiten Lichtstrahls beeinflusst werden kann. Ein solches optisches Justageelement ist beispielsweise eine im Wesentlichen planparallele Platte. Bekanntlich erzeugt eine in einen Lichtstrahl schiefgestellte planparallele Platte einen Strahlversatz. Dieser ist abhängig von der Dicke d der Platte, dem Drehwinkel α der Platte und dem Brechungsindex n. Wird eine solche planparallele Platte, die sich lediglich im Strahlengang eines der Lichtstrahlen vor dem Detektor befindet, um eine Achse senkrecht zum Lichtstrahl gedreht, also der Winkel α geändert, so ändert sich die Position des Lichtstrahls auf dem Detektor. Wird in beide Strahlengänge eine solche planparallele Platte eingebracht, können entsprechend die Positionen beider Lichtstrahlen geändert werden. Darüber hinaus lässt sich auch die Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindexes der planparallelen Platte ausnutzen, um den Abstand der beiden Lichtstrahlen anzupassen. Dazu wird für beide Lichtstrahlen eine gemeinsame Platte benutzt. Da der Brechungsindex eine Funktion der Wellenlänge ist, führt eine Drehung der Platte zu einem unterschiedlich großen Versatz beider Lichtstrahlen. Somit wird der Abstand der Laserspots auf dem Detektor justierbar. Im Zuge der Justage ist es dabei nötig, den Detektor nachzuführen. Das optische Justageelement ist besonders vorteilhaft für einen sogenannten Single-Detektor, bei dem ein Detektor für beide Lichtstrahlen verwendet wird. Es kann allerdings genauso bei einem sogenannten Twin-Detektor, bei dem zwei Detektoren zu einer Einheit kombiniert sind, zur Justage der Lichtstrahlen verwendet werden.
  • Alternativ kann auch das mikrooptische Element selbst als Justageelement dienen. Durch eine Drehung beispielsweise des Dachkantenprismas um eine Achse parallel zur Dachkante wird ein zur planparallelen Platte analoger Effekt erzielt.
  • Vorzugsweise weist ein Gerät zum Lesen und/oder Beschreiben optischer Aufzeichnungsträger einen erfindungsgemäßen optischen Abtaster auf. Ein solches Gerät ist in der Lage, auf kostengünstige Weise Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen zum Auslesen und/oder Beschreiben unterschiedlicher Typen optischer Aufzeichnungsträger zu verwenden.
    •
  • Zum besseren Verständnis soll die Erfindung nachfolgend anhand spezieller Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert werden. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vorteilhafte Kombinationen der verschiedenen Merkmale der Erfindung liegen ebenfalls im Geltungsbereich der Erfindung.
  • 1 zeigt schematisch einen optischen Abtaster mit einem mikrooptischen Element zur Strahlkombination,
  • 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mikrooptischen Elements,
  • 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mikrooptischen Elements,
  • 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mikrooptischen Elements,
  • 5 zeigt ein erfindungsgemäßes mikrooptisches Element, das in das Deckglas eines Photodetektors integriert ist,
  • 6 zeigt ein optisches Justageelement zur Justage der Raumlage eines Lichtstrahls, und
  • 7 zeigt schematisch die Funktionsweise des optischen Justageelements.
  • Ein optischer Abtaster mit einem mikrooptischen Element 8 zur Strahlkombination ist schematisch in 1 dargestellt. Eine Twin-Laserdiode 1 emittiert einen ersten Lichtstrahl 2a und einen zweiten Lichtstrahl 2b. Die Lichtstrahlen 2a, 2b werden über einen Halbspiegel 4 in Richtung eines optischen Aufzeichnungsträgers 6 umgelenkt und mit Hilfe einer Kollimatorlinse 3 kollimiert. Mit einer beweglichen Objektivlinse 5 werden die Lichtstrahlen 2a, 2b auf eine auf dem optischen Aufzeichnungsträger 6 befindliche Datenspur fokussiert. Die Objektivlinse 5 kann von einem Aktuator (nicht gezeigt) in Richtung des optischen Aufzeichnungsträgers 6 sowie senkrecht zur Datenspur bewegt werden, um den Fokus der Lichtstrahlen 2a, 2b exakt auf der Spur zu halten. Die reflektierten Lichtstrahlen 2a, 2b, die entsprechend der in der Spur gespeicherten Daten moduliert sind, werden von der Objektivlinse 5 kollimiert und von der Kollimatorlinse 3 auf einen Photodetektor 9 fokussiert, wobei sie den Halbspiegel 4 durchlaufen. Der Photodetektor 9 weist mehrere durch Trennlinien getrennte lichtempfindliche Elemente auf. Aus den Signalen dieser Elemente werden einerseits die gespeicherten Daten, andererseits ein Fokusfehler- und ein Spurfehlersignal zur Steuerung des Aktuators ermittelt. Vor dem Photodetektor 9 befindet sich ein mikrooptisches Element 8, 8', das dafür sorgt, dass die beiden Lichtstrahlen 2a, 2b die gleiche Position auf dem Photodetektor 9 haben.
  • In 2a) ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mikrooptischen Elements 8 gezeigt. 2b) zeigt eine Vergrößerung zur Verdeutlichung des Verlaufs der Lichtstrahlen 2a, 2b. Die Abbildung zeigt die Grundidee einer mikrooptischen Linse 8 im Querschnitt. Die eine Fläche ist die einer normalen Linse, die andere Fläche entspricht der Kombination aus zwei Linsen. Die gezeigte Querschnittsfläche entspricht der Ebene, in der auch die Quellpunkte der Lichtstrahlen 2a, 2b liegen. In dieser Ebene findet eine Bündelung beider Lichtstrahlen 2a, 2b statt. Bei gegebenen Abstandsverhältnissen im optischen Abtaster lässt sich die Lage des Fokus durch die Brennweite der mikrooptischen Linse 8 festlegen. Davon unabhängig ist die Zentrierung beider Lichtstrahlen 2a, 2b auf der gemeinsamen Photodetektorfläche 9, die nur durch ein Verschieben der Linsenteile erreicht wird. In den gezeigten Abbildungen wird auch die Beeinflussung der Lichtstrahlen 2a, 2b durch das Deckglas 10 des Photodetektors 9 berücksichtigt.
  • In 3a) ist eine alternative Anordnung des mikrooptischen Elements 8 dargestellt. 3b) zeigt wiederum eine Vergrößerung zur Verdeutlichung des Verlaufs der Lichtstrahlen 2a, 2b. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wurden die Rollen von Eintrittsfläche und Austrittsfläche gegenüber dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel vertauscht. Da die verbleibende Wegstrecke zum Photodetektor 9 hier kürzer ist, müssen die beiden Linsenteile weiter auseinander gezogen sein.
  • Je näher das mikrooptische Element 8 am Deckglas 10 liegt, desto weiter ist die Aufspaltung der Lichtstrahlen 2a, 2b. Eine gewisse Mindestaufspaltung der Lichtstrahlen 2a, 2b muss gewährleistet werden, da auch bei einer Auslenkung der Objektivlinse 5 quer zu den Spuren des optischen Aufzeichnungsträgers 6 kein Lichtstrahl 2a, 2b die ihm zugewiesene Linsenfläche verlassen darf. Diese Anordnung ist zudem vorteilhaft, da sich bei einer Auslenkung der Objektivlinse 5 in Fokusrichtung die Form der Lichtstrahlen 2a, 2b entscheidend durch den im Wesentlichen vom Halbspiegel 4 beim Durchlaufen verursachten Astigmatismus verändert. In der Abbildung liegt die mikrooptische Linse 8 nicht auf dem Deckglas 10 des Photodetektors 9 auf. Die mikrooptische Linse 8 kann selbstverständlich auch soweit in Richtung des Photodetektors 9 verschoben werden, dass ihre Spitze auf dem Deckglas 10 zu liegen kommt. Zur Befestigung auf dem Deckglas 10 sind seitliche Abstützungen vorteilhaft. Die mikrooptische Linse 8 und die Abstützungen lassen sich beispielsweise in einem einzigen Schritt spritzgießen.
  • Ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen mikrooptischen Elements 8' ist in 4a) und b) in Form eines Doppel- oder Dachkantenprismas dargestellt. Da die Dachkante auf dem Deckglas 10 des Photodetektors 9 aufliegt, sind auch hier seitliche Abstützungen vorteilhaft. Die Eintrittsfläche des mikrooptischen Elements 8' ist in der Figur als Linsenoberfläche ausgelegt, mit der die Größe der Lichtstrahlen 2a, 2b auf dem Photodetektor 9 beeinflusst wird. Die Linsenoberfläche kann beispielsweise eine sphärische oder eine zylindrische Fläche sein. Im Falle einer zylindrischen Fläche muss der Zylinder so angeordnet sein, dass die Krümmungsebene mit der Schnittebene übereinstimmt, in der auch der Prismenwinkel liegt. Zur Vorjustage wird die Dachkante längs der Trennlinie zwischen den Detektorhälften des Photodetektors 9 ausgerichtet. Im Mikroskop sind zwei Bilder der Trennlinie zu sehen, die symmetrisch um die Dachkante gelegt werden. Bei der Verwendung eines vier-Quadrant-Photodetektors hat man die Freiheit, die Dachkante an einer der beiden kreuzförmig angeordneten Trennlinien auszurichten. Aus praktischen Gründen wählt man diejenige Trennlinie, welche parallel zur Spurauslenkung des Aktuators liegt. Dies sorgt dafür, dass die Lichtstrahlen 2a, 2b auf dem Photodetektor 9 bei einer Spurfolgebewegung nicht von der Dachkante abgeschnitten werden. Hiermit wird gleichzeitig auch der Orientierungswinkel der Twin-Laserdiode 1 als Quelle der Lichtstrahlen 2a, 2b festgelegt. Falls ein einbaubedingter Fehlwinkel entsteht, werden die Lichtstrahlen 2a, 2b auf dem Photodetektor 9 räumlich aufspalten. Allerdings kann bei der Justage des Photodetektors 9 eine Verdrehung der Twin-Laserdiode 1 mit einer Drehung des Photodetektors 9 kompensiert werden.
  • Die unterschiedlichen verwendeten Wellenlängen, beispielsweise für DVD und CD, haben keinen Einfluss auf das Design des Doppelprismas 8'. Selbst bei einer symmetrischen Ausführung des Doppelprismas 8' kann die Dachkante mittig auf die Trennlinie des Photodetektors 9 gelegt werden. Eine wellenlängenabhängige Aufspaltung der Lichtstrahlen 2a, 2b auf dem Photodetektor 9 ist nicht feststellbar. Die unterschiedliche Brechkraft des Doppelprismas 8 für die beiden verwendeten Wellenlängen ist bei den kurzen Distanzen vernachlässigbar. Dies vereinfacht sowohl die Konstruktion als auch die Justage des Doppelprismas 8'. Falls ein justagebedingter Parallelversatz zwischen der Trennlinie und der Dachkante entsteht, wirkt er sich nicht auf die Überlagerung der Lichtstrahlen 2a, 2b auf dem Photodetektor 9 aus. Diese Tatsache ermöglicht die Verschmelzung von Doppelprisma 8' und Photodetektor 9, wie sie in 5 gezeigt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Doppelprisma 8' bereits im Deckglas 10 des Photodetektors 9 enthalten.
  • Auch ein eventuell vorhandener Fokusoffset hat nur geringen Einfluss auf die Überlagerung der Lichtstrahlen 2a, 2b auf dem Photodetektor 9. Ein Fokusoffset ist ein typischer Fehlabgleich eines optischen Abtasters, der unter anderem durch Wärmebelastung oder Alterung zustande kommen kann. Man versteht darunter eine Fehlposition einer oder auch mehrerer optischer Komponenten 3, 4, 5, in Richtung des Lichtstrahls 2a, 2b, so dass ein Fokus in der Informationsschicht des optischen Aufzeichnungsträgers 6 nicht mehr automatisch einen Fokus auf dem Photodetektor 9 zur Folge hat. In Geräten zum Lesen und/oder Beschreiben optischer Aufzeichnungsträger 6 wird der Fokusoffset in der Regel durch die Servoelektronik kompensiert. Selbst bei grenzwertigen Fokusoffsets wird die Überlagerung der Lichtstrahlen 2a, 2b auf dem Photodetektor 9 nicht beeinträchtigt. Allerdings zeigt die Strahlüberlagerung ein relativ empfindliches Verhalten gegenüber dem Abstand zwischen Dopelprisma 8' und Photodetektor 9. Wenn das Doppelprisma 8' einfach auf das Deckglas 10 aufgelegt wird, ist der Abstand gut reproduzierbar und invariant gegen Umwelteinflüsse.
  • In 6 ist ein optisches Justageelement 11 zur Justage der Raumlage eines Lichtstrahls 2a, 2b dargestellt. Bekanntlich erzeugt eine in einen Lichtstrahl schiefgestellte planparallele Platte 11 einen Strahlversatz x. Dieser ist abhängig von der Dicke d der Platte, dem Drehwinkel α der Platte und dem Brechungsindex n nach folgender Formel:
    Figure 00110001
  • Hierbei ist der Strahlversatz gegenüber der optischen Achse des ausfallenden Strahls 2a, 2b ausgedrückt. Beide Lichtstrahlen 2a, 2b der Twin-Laserdiode 1 durchqueren nun die planparallele Platte 11. Die Differenz Δx ihres jeweiligen Strahlversatzes beträgt:
    Figure 00110002
  • Hierbei bedeuten n1 und n2 die Brechungsindices der Platte 11 bei den zwei Wellenlängen der Twin-Laserdiode 1. Da die Brechungsindices eng benachbart sind, kann man nähern:
    Figure 00110003
  • Der Offset entspricht der Separation der beiden optischen Achsen hinter der Platte 11. Für einen Drehwinkel α = 0 bleibt nur der Offset übrig. Er sollte mit dem Abstand der Detektorflächen für beispielsweise DVD und CD übereinstimmen. Falls nicht hat man die Möglichkeit der Korrektur mit Δx, indem ein Drehwinkel α eingestellt wird, bei dem die Detektorflächen richtig getroffen werden. Dabei ist die Korrektur proportional zu (n1 – n2), d.h. umso wirksamer, je dispersiver das Material ist.
  • Im Folgenden soll das in 7 gezeigte Ausführungsbeispiel erläutert werden. Dargestellt ist der optischen Pfad eines Abtasters, in dem das Justageelement nach einem Halbspiegel 4 eingebaut ist, in verschiedenen Justagezuständen a), b) und c), die durch Drehung der Platte 11 um eine Achse entstanden sind. Die Platte 11 kann aus Plastikmaterial gefertigt sein, so dass sie zusammen mit ihrem Drehgehäuse gespritzt werden kann. Es gibt Materialien mit (n1 – n2) = 0.01, wobei die absoluten Indexwerte immer bei 1.5 liegen. Der Linearbereich der Korrektur erstreckt sich nach Formel 3 bis etwa 40°. Darüber hinaus wird die Korrektur flacher. Im Linearbereich ergibt sich bei einer Plattendicke von 1 mm eine Spotkorrektur von maximal 3 μm. Es lohnt sich bereits, diese Korrektur aufzuwenden, um die Leistungsfähigkeit des Abtasters zu steigern. Der Drehbereich der Platte 11 sollte also recht groß ausgelegt sein. Vorteilhafterweise handelt es sich bei der Platte 11 um eine im Wesentlichen planparallele Platte. Sie kann aber durchaus auch gekrümmt sein, wodurch die Empfindlichkeit zunimmt. Im Zuge der Justage ist es nötig, den Detektor 9 nachzuführen, was aus der 7 anschaulich klar wird. Die Einstellung des optischen Justageelements 11 und die Zentrierung des Detektors 9 sind also sukzessive durchzuführen.
  • Muss der Winkel α bei Verwendung einer Laserdiode eines anderen Herstellers stark verändert werden, so kann sich aufgrund des Astigmatismus der Platte 11 die Spotgröße und die Länge der S-Kurve vergrößern. Bei einem Winkel α = 0 sind diese Werte nur durch einen Astigmatismus des Halbspiegels 4 gegeben. Für positiven oder negativen Drehsinn ist das Verhalten der S-Kurve gleichartig. Eine Beeinträchtigung der Servoelektronik durch eine geringfügig verlängerte S-Kurve ist nicht zu erwarten. Werden nur chargenabhängige Streuungen der Laserdiode 1 mit kleineren Winkeländerungen ausgeglichen, so sind diese Effekte nicht vorhanden.

Claims (14)

  1. Optischer Abtaster mit einem mikrooptischen Element (8) zur Kombination zweier von zwei Strahlquellen (1) ausgesandten Lichtstrahlen (2a, 2b) auf einem Photodetektor (9), dadurch gekennzeichnet, dass das mikrooptische Element (8, 8') zwei Teile aufweist, wobei der erste Teil den ersten Lichtstrahl (2a) beeinflusst und der zweite Teil den zweiten Lichtstrahl (2b) beeinflusst.
  2. Optischer Abtaster gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Teile des mikrooptischen Elements (8) Ausschnitte einer ersten und einer zweiten Sammellinse sind.
  3. Optischer Abtaster gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mikrooptische Element ein Doppelprisma (8') ist.
  4. Optischer Abtaster gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mikrooptische Element ein Kegel ist.
  5. Optischer Abtaster gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mikrooptische Element (8, 8') beim Photodetektor (9) angeordnet ist.
  6. Optischer Abtaster gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mikrooptische Element (8, 8') eine Einheit mit dem Photodetektor (9) bildet.
  7. Optischer Abtaster gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mikrooptische Element (8, 8') integraler Bestandteil eines Deckglases (10) des Photodetektors (9) ist.
  8. Optischer Abtaster gemäß einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass das mikrooptische Element (8, 8') bei den Strahlquellen (1) angeordnet ist.
  9. Optischer Abtaster gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlquellen (1) zu einer Twin-Laserdiode (1) integriert sind.
  10. Optischer Abtaster gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mikrooptische Element (8, 8') nur einen der Lichtstrahlen (2a, 2b) in seiner Raumlage beeinflusst.
  11. Optischer Abtaster gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches Justageelement (11) zur Justage der Raumlage des ersten und/oder des zweiten Lichtstrahls (2a, 2b) vorgesehen ist.
  12. Optischer Abtaster gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Justageelement (11) eine im Wesentlichen planparallele Platte ist.
  13. Optischer Abtaster gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Justageelement (11) das mikrooptische Element (8, 8') ist.
  14. Gerät zum Lesen und/oder Beschreiben optischer Aufzeichnungsträger (6), dadurch gekennzeichnet, dass es einen optischen Abtaster gemäß einem der Ansprüche 1–13 aufweist.
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