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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.
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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.
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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.
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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.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, einen optischen Abtaster vorzuschlagen,
der gegenüber
dem Stand der Technik verbessert ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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1 zeigt schematisch einen
optischen Abtaster mit einem mikrooptischen Element zur Strahlkombination,
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2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen mikrooptischen
Elements,
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3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen mikrooptischen
Elements,
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4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen mikrooptischen
Elements,
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5 zeigt ein erfindungsgemäßes mikrooptisches
Element, das in das Deckglas eines Photodetektors integriert ist,
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6 zeigt ein optisches Justageelement
zur Justage der Raumlage eines Lichtstrahls, und
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7 zeigt schematisch die
Funktionsweise des optischen Justageelements.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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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:
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Hierbei
bedeuten n
1 und n
2 die
Brechungsindices der Platte
11 bei den zwei Wellenlängen der
Twin-Laserdiode
1. Da die Brechungsindices eng benachbart
sind, kann man nähern:
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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.
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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.
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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.