DE60016529T2

DE60016529T2 - Optisches Abtastgerät mit reduziertem Astigmatismus

Info

Publication number: DE60016529T2
Application number: DE60016529T
Authority: DE
Inventors: Hyoung Jae Lee
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2020-04-26
Also published as: CN1287354A; EP1083554A3; JP2001110081A; EP1083554B1; KR100348883B1; US6611383B1; DE60016529D1; KR19990083967A; CN1156831C; EP1083554A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Abtastgerät zur Vermeidung von Astigmatismus bzw. astigmatischer Aberration.
Optische Abtastgeräte zum Abrufen/Aufzeichnen von Daten von/auf optische Platten, wie CDs oder DVDs, setzen Strahlteiler ein, um den durch eine Laserdiode emittierten Laserstrahl von dem durch die optische Platte reflektierten Strahl zu trennen, oder den Lichtweg für CDs vom Lichtweg für DVDs zu trennen. Am häufigsten verwendete Strahlteiler sind prismenförmige Strahlteiler und plattenförmige Strahlteiler.
1A und 1B stellen einen prismenförmigen Strahlteiler dar, der zwei identisch geformte Prismen aufweist, die aneinander befestigt sind. Die aneinander befestigten Oberflächen der Prismen sind so angeordnet, daß sie bezüglich der optischen Achse mit einem vorbestimmten Winkel, von zum Beispiel 45 Grad geneigt sind, und selektiv auftreffende Strahlen abhängig von deren Polarisation durchlassen oder reflektieren. Zwei unterschiedlich polarisierte Strahlen B1 und B2, die auf die Oberfläche von unterschiedlichen Winkeln auftreffen, werden in 1A zu einem Strahl B3 kombiniert, wohingegen ein auftreffender Strahl B1 in 1B in zwei unterschiedlich polarisierte Strahlen B2 und B3 aufgeteilt wird.
2A und 2B stellen einen plattenförmigen Strahlteiler dar, der so angeordnet ist, daß er mit einem vorbestimmten Winkel bezüglich der optischen Achse geneigt ist. Wie der prismenförmige Strahlteiler lassen die Oberflächen des plattenförmigen Strahlteilers selektiv auftreffende Strahlen abhängig von deren Polarisation durch oder reflektieren sie. Daher arbeitet der plattenförmige Strahlteiler ziemlich in derselben Weise, wie es der prismenförmige Strahlteiler tut, wie in den 2A und 2B gezeigt. Der plattenförmige Strahlteiler verursacht jedoch Astigmatismus, da der plattenförmige Strahlteiler mit dem ein fallenden Lichtstrahl fehlausgerichtet sein kann, wie in 3 gezeigt.
Um von einer optischen Platte Daten abzurufen oder auf sie aufzuzeichnen, sollte der durch eine Laserdiode emittierte Laserstrahl auf einen einzigen Punkt auf der optischen Platte fokussiert werden. Die plattenförmigen Strahlteiler sind daher nicht für diesen Zweck geeignet, und folglich setzen die optischen Abtaster prismenförmige Strahlteiler im Lichteinfallsweg von der Laserdiode zur optischen Platte ein. Die plattenförmigen Strahlteiler werden manchmal verwendet, um vorsätzlich Astigmatismus im Lichtweg von der optischen Platte zu den optischen Detektoren zu verursachen.
4 zeigt die optischen Kennlinien eines optischen Abtasters, der den plattenförmigen Strahlteiler im Lichteinfallsweg von der Laserdiode zur optischen Platte einsetzt. 4A stellt die Wellenfrontfehler- (WFE)-Kennlinie als Funktion der Neigung der optischen Achse dar, und 4B stellt das Interferogramm dar. Für den Normalbetrieb des optischen Abtasters würde der WFE innerhalb von 0,07λ bleiben, solange der Neigungswinkel innerhalb ± 2° bleibt. Es ist in den 4A und 4B leicht zu erkennen, daß der WFE die erforderliche Grenze überschreitet und das Interferogramm merklich verzerrt wird, was den Grund dafür demonstriert, daß plattenförmige Strahlteiler im Lichteinfallsweg des optischen Abtasters nicht akzeptabel sind.
Unterdessen zeigen 5A und 5B die optischen Kennlinien eines optischen Abtasters, der den prismenförmigen Strahlteiler im Lichteinfallsweg einsetzt. Im Gegensatz zum vorhergehenden Bespiel ist zu erkennen, daß die WFE-Kurven für tangential und radial zueinander fast identisch sind, der WFE die erforderliche Bedingung erfüllt und das Interferogramm eine geringe Verzerrung zeigt.
Die prismenförmigen Strahlteiler erhöhen jedoch die Herstellungskosten, da sie sehr viel kostspieliger sind als die plattenförmigen Strahlteiler. Außerdem werden prismenförmige Strahlteiler aufgebaut, indem zwei Prismen aneinander befestigt werden, jedoch ist diese Verbindungsarbeit von zwei Prismen in einem Herstellungsverfahren schwierig, und solche aneinander befestigten zwei Seiten verschlechtern manchmal die Leistung der prismenförmigen Strahlteiler.
EP-A-0 881 635, JP-A-10 269 607 und JP-A-63 052 341 zeigen einige Beispiele von optischen Abtastgeräten, in denen ein keilförmiger Strahlteiler verwendet wird, um Astigmatismus zu vermeiden oder zu vermindern.
Es ist eine Hauptaufgabe der Erfindung, ein optisches Abtastgerät bereitzustellen, das keinen Astigmatismus verursacht, indem keilförmige Strahlteiler im Lichteinfallsweg vorgesehen werden.
Ein erfindungsgemäßes optisches Abtastgerät wird in beigefügten unabhängigen Anspruch 1 definiert. Weitere Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen 2 und 3 definiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, die einbezogen werden, um eine weiteres Verständnis der Erfindung zu liefern, veranschaulichen die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
In den Zeichnungen zeigen:
1A und 1B die Prinzipien eines prismenförmigen Strahlteilers;
2A und 2B die Prinzipien eines plattenförmigen Strahlteilers;
3 den Lichtweg, der durch einen plattenförmigen Strahlteiler modifiziert wird;
4A und 4B die optischen Kennlinien, die durch einen plattenförmigen Strahlteiler erhalten werden;
5A und 5B die optischen Kennlinien, die durch einen prismenförmigen Strahlteiler erhalten werden;
6A und 6B die keilförmige Platte gemäß eines Beispiels und Simulationsergebnisse;
7A und 7B die optischen Kennlinien, die durch die keilförmige Platte gemäß eines Beispiels erhalten werden;
8 ein weiteres Beispiel des optischen Abtasters zur Vermeidung von Astigmatismus; und
9 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Abtasters zur Vermeidung von Astigmatismus.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Damit die Erfindung vollständiger verstanden werden kann, werden nun deren bevorzugte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
6A und 6B zeigen die Form des keilförmigen Strahlteiler gemäß eines Beispiels und Simulationsergebnisse zum Bestimmen eines optimalen Winkels des keilförmigen Strahlteilers. Der keilförmige Strahlteiler ist so gestaltet, daß die Oberfläche, auf die der durch die Laserdiode emittierte Laserstrahl auftrifft, bezüglich der optischen Achse um einen Winkel θ stärker als die gegenüberliegende Oberfläche geneigt ist, wie in
6A gezeigt. Der Winkel θ, der für den optischen Abtaster optimal ist, wird durch Simulationen bestimmt, welche die Plattenbreite (t) und den Einfallswinkel (ϕ) berücksichtigen.
Die 7A und 7B zeigen den Wellenfrontfehler und ein Interferogramm, die erhalten werden, wenn ein keilförmiger Strahlteiler, dessen Winkel θ durch die Simulationen festgestellt wird, im Lichteinfallsweg zwischen der Laserdiode und der optischen Platte angeordnet wird. Es ist zu erkennen, daß die optischen Kennlinien sehr ähnlich zu jenen sind, die in 5A gezeigt werden.
Die 8 und 9 zeigen Beispiele des optischen Abtasters, die den keilförmigen Strahlteiler einsetzen. Das in 8 gezeigte Abtastgerät weist ein Hologramm-Abtastmodul (HPM) 10, das sowohl eine Laserdiode als auch eine Photodiode für CDs enthält, ein anderes Hologramm-Abtastmodul (HPM) 11 für DVDs, das in einem rechten Winkel zum HPM 10 bezüglich eines Strahlteilers angeordnet ist, einen keilförmigen Strahlteiler 12 zum Aufteilen oder Kombinieren von Laserstrahlen, die vom HPM 10 und HPM 11 emittiert werden, eine Kollimationslinse 13 zum Umwandeln divergenter Strahlen, die vom keilförmigen Strahlteiler 12 empfangen werden, in parallele Strahlen, und eine Objektivlinse 14 zum Fokussieren der parallelen Strahlen auf einen einzigen Punkt auf der Aufzeichnungsschicht einer optischen Platte 1 auf.
Es werde vorausgesetzt, daß der keilförmige Strahlteiler einen optimalen Winkel θ von 1,3° aufweist, der durch Simulationen erhalten wird, welche die Plattenbreite (t) und den Einfallswinkel (ϕ) berücksichtigen. Der vom HPM 10 für CDs emittierte Laserstrahl geht durch den keilförmigen Strahlteiler 12 und tritt dann in die Kollimationslinse 13 ein. In diesem Fall wird der Astigmatismus des Laserstrahls effektiv durch den keilförmigen Strahlteiler 12 mit dem Winkel θ unterdrückt.
Der parallel gerichtete Laserstrahl wird auf der Aufzeichnungsschicht der optischen Platte 1 durch die Objektivlinse 14 fokussiert. Der Laserstrahl wird durch die optische Platte 1 reflektiert und bewegt sich zum keilförmigen Strahlteiler 12. Nachdem er den keilförmigen Strahlteiler 12 passiert hat, wird der reflektierte Laserstrahl durch die Photodiode im HPM 10 aufgefangen. Die Photodiode wandelt den aufgefangenen Laserstrahl in elektrische Signale um.
Andererseits wird der vom HPM 11 für DVDs emittierte Laserstrahl durch den keilförmigen Strahlteiler mit 90° reflektiert und tritt in die Kollimationslinse 13 ein. Der parallel gerichtete Laserstrahl wird auf die Aufzeichnungsschicht der optischen Platte 1 durch die Objektivlinse 14 fokussiert. Der Laserstrahl wird durch die optische Platte 1 reflektiert und bewegt sich zum keilförmigen Strahlteiler 12.
Der durch die optische Platte 1 reflektierte Laserstrahl wird durch den keilförmigen Strahlteiler mit 90° erneut reflektiert und erreicht das HPM 11. Die Photodiode des HPM 11 wandelt den aufgefangenen Laserstrahl in elektrische Signale um.
Zusammenfassend kann der optimale Winkel θ, der den Astigmatismus minimiert, durch Simulationen bestimmt werden, welche die Plattenbreite (t) und den Einfallswinkel (ϕ) berücksichtigen, und der keilförmige Strahlteiler mit dem Winkel θ kann effektiv in dem optischen Abtaster zum Aufzeichnen/Abrufen von Daten auf/von der optischen Platte genutzt werden.
In der oben erläuterten Ausführungsform kann der von 1,3° verschiedene Winkel θ aus dem Bereich von 1,2°–1,5°, oder einem reduzierten Bereich von 1,25°–1,45° ausgewählt werden, der gegenüber dem erstgenannten Bereich zu bevorzugen ist.
Eine Ausführungsform des optischen Abtasters, die zwei keilförmige Strahlteiler einsetzt, wird in 9 gezeigt, wobei das HPM 10 für CDs durch eine Laserdiode, Photodiode für CDs und einen keilförmigen Strahlteiler ersetzt ist, der am Schnittpunkt des Lichtwegs angeordnet ist. Entsprechend sind mehrere unterschiedliche Konfigurationen mit dem erfindungsgemäßen keilförmigen Strahlteiler zu erhalten.
Der optische Abtaster, der den erfindungsgemäßen keilförmigen Strahlteiler einsetzt, erzeugt einen Lichtfleck mit wenig Astigmatismus auf der optischen Platte. Außerdem reduziert er die Herstellungskosten deutlich, da er plattenförmige Strahlteiler anstelle von prismenförmigen Strahlteilern übernimmt. Der erfindungsgemäße keilförmige Strahlteiler kann zweckdienlich in optischen Abtastern für DVDs eingesetzt werden, die gegenwärtig mehr als einen prismenförmigen Strahlteiler einsetzen.

Claims

Optisches Abtastgerät zur Vermeidung von Astigmatismus, das aufweist: eine erste Lichtquelle (CD LD) und einen Lichtempfänger (CD PD), die getrennt angeordnet sind; einen ersten keilförmigen Strahlteiler (12), wobei dieser erste keilförmige Strahlteiler in einem Lichtweg aus divergentem oder konvergentem Licht angeordnet ist und eine erste Seite hat, die zu einer zweiten Seite entgegengesetzt ist; eine zweite Lichtquelle (11), die von der ersten Lichtquelle (CD LD) entfernt angeordnet ist; einen zweiten keilförmigen Strahlteiler (12'), der in einem Lichtweg aus divergentem oder konvergentem Licht an einem Schnittpunkt von Lichtstrahlen, die von der zweiten Lichtquelle (11) emittiert werden, und Lichtstrahlen, die durch den ersten keilförmigen Strahlteiler (12) laufen, angeordnet ist, wobei der zweite keilförmige Strahlteiler (12') eine erste Seite hat, die zu einer zweiten Seite entgegengesetzt ist; eine Strahlfokussiereinrichtung (14), um Lichtstrahlen, die durch den zweiten keilförmigen Strahlteiler (12') laufen, in Richtung einer optischen Platte (1) zu fokussieren; und wobei die ersten und zweiten Seiten jedes der ersten (12) und zweiten (12') keilförmigen Strahlteiler nicht parallel zueinander sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ersten (12) und zweiten (12') keilförmigen Strahlteiler relativ zu einer Achse des einfallenden Strahls einen Winkelunterschied von 1,2° ⁓ 1,5° zwischen ihrer Lichteinfallsseite und der Lichtaustrittsseite haben.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei diese ersten (12) und zweiten (12') keilförmigen Strahlteiler den Winkelunterschied von 1,25° ⁓ 1,45° haben.