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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Abtaster für Schreib-
und Lesesysteme mit hoher Informationsdichte und insbesondere einen
optischen Abtaster, der in der Lage ist, chromatische Aberration, die
bei Verwendung einer blauen Lichtquelle auftritt, zu reduzieren.
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Bei
optischen Schreib- und Lesesystemen wird die Aufzeichnungsdichte
durch die Größe des gebündelten
Punktes bestimmt. Normalerweise ist die Größe des gebündelten Punktes (S) proportional
zu der Wellenlänge
(λ) und
umgekehrt proportional zu dem Blendendurchmesser (NA), der mit der
folgenden Formel (1) ausgedrückt
wird: Sαλ/NA ...(1)
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Um
eine größere Aufzeichnungsdichte,
als sie mit Kompaktdisks (CDs) oder mit Digital Versatile Discs (DVDs)
erreicht wird, zu erzielen, muss die Größe des auf einer optischen
Speicherplatte gebündelten
Punktes weiter verringert werden. Um die Punktgröße zu verringern müssen, wie
aus der Formel (1) entnommen werden kann, die Wellenlänge (λ) des Laserstrahles
reduziert und der Blendendurchmesser (NA) der Objektivlinse erhöht werden.
Für derartiges
Aufzeichnen mit hoher Informationsdichte muss folglich ein Laserstrahl
mit einer kurzen Wellenlänge,
wie zum Beispiel ein blauer Laser, als Lichtquelle verwendet werden,
und der Blendendurchmesser der Objektivlinse muss auf 0,6 oder größer gehalten
werden.
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1 ist
eine Grafik und zeigt die Veränderung
der Emissionswellenlänge
einer Laserdiode in Bezug auf die Ausgangsleistung bei verschiedenen
Temperaturen der Diodenkapsel. 2 ist eine
Grafik und zeigt die Veränderung
des Brechungsindex in Bezug auf die Wellenlänge für verschiedene optische Materialien.
Unter Bezugnahme auf 1 erhöht sich die Emissionswellenlänge, wenn
sich die Ausgangsleistung bei einer bestimmten Kapseltemperatur
erhöht,
proportional, was ein Merkmal von Laserdioden ist. Wie in 2 gezeigt wird,
verändert
sich der Brechungsindex verschiedener optischer Materialen in einem
kurzen Wellenlängenbereich,
wie zum Beispiel nahe 400 nm, im Vergleich zu 780 nm für Kompaktdisks
(CDs) und zu 650 nm für Digital
Versatile Discs (VDVs) stark.
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Wenn
Daten auf eine optische Speicherplatte geschrieben werden, wird
eine gewünschte
Position auf der optischen Speicherplatte mit Leseleistung gesucht,
und danach wird eine Vertiefung an der gefundenen Position erzeugt,
indem die Schreibleistung erhöht
wird. Eine solche plötzliche
Veränderung
der Ausgangsleistung verursacht jedoch chromatische Aberration in
dem optischen System, wodurch der optische Punkt auf der optischen
Speicherplatte defokussiert wird. Zusätzlich ist es recht zeitaufwändig, die
Defokussierung durch die Ansteuerung eines Servokreises zu korrigieren.
Wenn andererseits ein Hochfrequenzmodul (HF-Modul) genutzt wird,
um Rauschen zu reduzieren, das von Licht verursacht wird, das von
einer optischen Speicherplatte zu einer Lichtquelle hin reflektiert
wird, erhöht
sich die Wellenlänge
von Licht, das von einer Lichtquelle emittiert wird, wodurch chromatische
Aberration in dem optischen System erhöht wird, insbesondere in der
Objektivlinse, und wodurch daher Verschlechterung der Qualität eines
Abbildungssignals verursacht wird. Zusätzlich ist zu beachten, dass,
wie aus 1 ersichtlich ist, die Emissionswellenlänge mit
der Temperatur in dem optischen Abtaster zunehmen kann, und dass
die Wellenlängenänderung
aufgrund der Verwendung unterschiedlicher Lichtquellen die chromatische
Aberration verändert.
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Verschiedene
optische Abtaster., die eine Lichtquelle mit einer Wellenlänge von
650 nm und eine Objektivlinse haben, sind vorgeschlagen worden,
um mit 0,6 mm dicken DVDs und mit 1,2 mm dicken CDs kompatibel zu
sein. Unter den Verfahren, die in den vorgeschlagenen optischen
Abtastern verwendet werden, sind ein ringförmiges Abschirmungsverfahren
zum Blockieren von Licht, das durch den Zwischenraum zwischen dem
nahen und dem fernen Achsenbereich hindurchgeht, ein Verfahren zum
Steuern des Blendendurchmessers (NA) der Objektivlinse durch Nutzung
von Flüssigkristall-Verschlüssen (LC-Verschlüssen) und
ein holographisch-optisches Verfahren (HOE-Verfahren) zum Teilen von Licht unter
Verwendung von holographisch-optischen Elementen (HOE) zur Ausbildung
einzelner Fokusse auf zwei Disks mit unterschiedlicher Stärke. Bei
einer beschreibbaren CD (CD-R) nimmt jedoch das Reflexionsvermögen in Bezug
auf die rote Lichtquelle stark ab, und somit ist eine Lichtquelle
mit einer Wellenlänge
von 780 nm erforderlich. Aus diesem Grund ist die Verwendung eines
optischen definiten/indefiniten DVD/CD-Systems vorgeschlagen worden,
das Kompatibilität
zwischen Lichtstrahlen von 780 nm und 650 nm bereitstellt, bzw.
die Verwendung einer Objektivlinse mit einem kreisförmigen Fokusbereich
zwischen dem fernen und dem nahen Achsenbereich. Insbesondere ist
für ein
definites optisches CD-System der Blendendurchmesser der Objektivlinse
begrenzt, und Streulicht fällt
auf die Objektivlinse ein, wodurch Aberration, die durch den Unterschied
in der Stärke
der Disks und der Objektivlinse verursacht wird, korrigiert wird.
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Ein
optisches Abtaster, der eine Kurzwellen-Lichtquelle verwendet, ist
für Schreiben
und Lesen mit höherer
Informationsdichte als der, zu der DVD-Systeme fähig sind, erforderlich. Zum
Beispiel ist für
einen optischen Abtaster für
HD-DVDs Laserlicht mit einer Wellenlänge kürzer als die für DVDs verwendeten
650 nm als Lichtquelle erforderlich. Wie jedoch bereits unter Bezugnahme
auf 2 erläutert
worden ist, tritt übermäßige Aberration
auf, da der Brechungsindex des optischen Materials der Disk bei
Wellenlängen
kürzer
als 650 nm stark variiert. Somit besteht ein Bedarf an einem optischen
System, das mit vorhandenen DVDs kompatibel und fähig ist,
chromatische Aberration wirksam zu reduzieren.
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Für eine DVD-R
nimmt das Reflexionsvermögen
in Bezug auf Lichtquellen mit Ausnahme der roten Lichtquelle ab.
Somit muss eine Lichtquelle mit einer Wellenlänge von 650 nm für Kompatibilität mit DVD-Rs weiter
angepasst werden. Das Problem der Aberration kann jedoch bei einer
Objektivlinse von 400 nm nicht beseitigt werden, indem lediglich
die Streuung die Divergenz von Licht, das von einer Lichtquelle
von 650 nm emittiert wird und auf die Objektivlinse einfällt, gesteuert
wird. Somit ist die kritische Aufgabenstellung bei der Entwicklung
von HD-DVD-kompatiblen Systemen, ein wirksames Korrekturverfahren
für chromatische
Aberration zu finden.
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Ein
Beispiel einer herkömmlichen
Objektivlinse, die in der Lage ist, chromatische Aberration zu korrigieren,
die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. hei10-123410 beschrieben
wurde, wird in 3 gezeigt. Unter Bezugnahme
auf 3 besteht die herkömmliche Objektivlinse aus zwei
Linsen, umfassend eine erste Linse 3 und eine zweite Linse 4.
Insbesondere ist die erste Linse 3 zum Korrigieren chromatischer
Aberration zwischen einer Disk 6 und der zweiten Linse 4 angeordnet,
um Licht zu bündeln.
Dieser in 3 gezeigte Aufbau ermöglicht auch,
dass der Blendendurchmesser (NA) auf 0,7 oder mehr erhöht werden
kann, so dass eine solche Objektivlinse in einem optischen System
für Registrierung
mit hoher Informationsdichte eingesetzt werden kann. Die Objektivlinse
weist jedoch dahingehend Probleme auf, dass die Verwendung von zwei
Linsen die optische Länge
des Systems erhöht,
und die Reproduktion von Strahlflecken ist empfindlich gegenüber einer
Veränderung
der relativen Positionen der beiden Linsen.
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US-A-4,909,616
zeigt ein Beispiel eines optischen Abtasters, der bei einer Wellenlänge von
830 nm und 780 nm arbeitet und eine Kollimatorlinse mit umgekehrter
chromatischer Aberration aufweist, um chromatische Aberration der
Objektivlinse im Falle von Modenspringen zu kompensieren.
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EP-A-1
043 615, welches ein Dokument nach Artikel 54(3) EPÜ (Europäisches Patentübereinkommen)
ist, beschreibt die Verwendung von Kollimatoren mit einem Minusglas
und einem Plusglas in optischen Abtastern, die eine Wellenlänge von
410 nm verwenden. Dieses Dokument beschreibt jedoch nicht die für den Kollimator
der vorliegenden Efindung festgelegten Fokusbedingungen.
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EP-A-0
844 605 beschreibt einen optischen Doppelwellenlängen-Abtaster mit 650 nm und
400 nm und mit einer einzelnen Kollimatorlinse.
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US-A-5,596,452
beschreibt ein Kollimatorlinsensystem, das drei Linsenelemente in
drei Linsengruppen umfasst, um von einer kleinen Lichtquelle, wie
zum Beispiel von einem Laserdrucker oder von einer Audio-CD emittierte
Strahlen parallel zu richten. Dieses Dokument ist der Vorspruch
zu dem hier anhängenden unabhängigen Anspruch
1.
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Um
die oben genannten Probleme zu lösen
oder abzuschwächen,
besteht ein Ziel von Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung darin, einen optischen Abtaster bereitzustellen,
der verschiedene Kurzwellenlängen-Laserstrahlen
als Lichtquellen nutzt.
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Ein
weiteres Ziel von Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen optischen Abtaster
bereitzustellen, der in der Lage ist, durch eine plötzliche Änderung
des Brechungsvermögens des
optischen Materials verursachte Aberration wirksam zu korrigieren.
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Ein
weiteres Ziel besteht dann, einen optischen Abtaster bereitzustellen,
der einen Laserstrahl von 650 nm für Digital Versatile Discs (DVDs)
und einen Laserstrahl von etwa 400 nm für HD-DVDs verwendet, die mit anderen
optischen Aufzeichnungsmedien kompatibel sein müssen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein optischer Abtaster wie in dem Anspruch 1 definiert
bereitgestellt.
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Der
optische Abtaster kann weiterhin einen Strahlenteiler zwischen der
Objektivlinse und dem ersten Fotodetektor umfassen, um den ersten
Laserstrahl von der ersten Lichtquelle durch die Objektivlinse zu
dem ersten Medium zu senden und um den ersten Laserstrahl, der von
dem ersten Medium reflektiert wird, zu reflektieren.
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Der
optische Abtaster kann weiterhin eine Bündelungslinse zwischen dem
ersten Fotodetektor und dem Strahlenteiler umfassen, um den ersten
Laserstrahl, der von dem ersten Medium auf den ersten Fotodetektor
reflektiert wird, zu bündeln.
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Die
Kollimatorlinse ist vorzugsweise zwischen dem Strahlenteiler und
der ersten Lichtquelle angeordnet.
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Die
Kollimatorlinse kann zwischen der Objektivlinse und dem Strahlenteiler
angeordnet werden.
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Wenn
die Brennweiten der Linsen von der Lichtquelle zu dem Medium f1,
f2, ..., beziehungsweise fn sind und wenn die Abbe'schen Zahlen der
optischen Materialien der Linsen v1, v2, ... beziehungsweise vn
sind, erfüllt
der optische Abtaster vorzugsweise das Verhältnis von –0,005 < 1/(f1·v1) + 1/(f2·v2) +
... + 1/(fn·vn) < 0,005.
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Der
optische Abtaster kann weiterhin umfassen: eine zweite Lichtquelle,
die einem zweiten Medium entspricht, wobei die zweite Lichtquelle
einen Laserstrahl einer längeren
Wellenlänge
als de erste Lichtquelle erzeugt, wobei die Objektivlinse den zweiten
Laserstrahl von der zweiten Lichtquelle auf das zweite Medium bündelt; und
einen zweiten Fotodetektor zum Empfangen des zweiten Laserstrahls,
der von der zweiten Lichtquelle emittiert und von dem zweiten Medium
reflektiert wird.
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Der
optische Abtaster kann weiterhin einen Wellenlängenauswahlfilter auf der optischen
Achse nahe der Objektivlinse umfassen.
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Vorzugsweise
emittiert die erste Lichtquelle einen ersten Laserstrahl, der eine
Wellenlänge
von etwa 400 nm hat, und die zweite Lichtquelle emittiert einen
zweiten Laserstrahl, der eine Wellenlänge von etwa 650 nm hat.
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Vorzugsweise
ist die Objektivlinse so angeordnet, dass sie dem ersten und dem
zweiten Medium zugewandt ist; ist die erste Lichtquelle in dem Lichtweg
der Objektivlinse angeordnet; ist ein Strahlenteiler zwischen der
Objektivlinse und der ersten Lichtquelle angeordnet; ist die zweite
Lichtquelle in dem Lichtweg des Lichtes, das von dem Strahlenteiler
reflektiert wird, angeordnet; und ist die Kollimatorlinse zwischen
der Objektivlinse (101) und dem Strahlenteiler angeordnet.
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Vorzugsweise
ist die Objektivlinse so angeordnet, dass sie dem ersten und dem
zweiten Medium zugewandt ist; ist die erste Lichtquelle in dem Lichtweg
der Objektivlinse angeordnet, um den ersten Laserstrahl zu dem ersten
Medium zu emittieren; sind der erste und der zweite Strahlenteiler
in dem Lichtweg an vorbestimmten Positionen von der ersten Lichtquelle
zu der Objektivlinse angeordnet; ist die zweite Lichtquelle in dem
Lichtweg des Lichtes, das von dem dritten Strahlenteiler reflektiert
wird, angeordnet, um den zweiten Laserstrahl durch den dritten Strahlenteiler
zu dem zweiten Medium zu emittieren; ist der erste Fotodetektor
in dem Lichtweg des Lichtes, das von dem ersten Strahlenteiler reflektiert
wird, angeordnet, um den ersten Laserstrahl zu empfangen, der von
der ersten Lichtquelle emittiert und von dem ersten Medium reflektiert
wird; ist der zweite Fotodetektor in dem Lichtweg des Lichtes angeordnet,
das von dem zweiten Strahlenteiler reflektiert wird, um den zweiten
Laserstrahl zu empfangen, der von der zweiten Lichtquelle emittiert
und von dem zweiten Medium reflektiert wird; und ist die Kollimatorlinse
zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenteiler angeordnet.
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Vorzugsweise
ist die Objektivlinse so angeordnet, dass sie dem ersten und dem
zweiten Medium zugewandt ist; ist die erste Lichtquelle in dem Lichtweg
der Objektivlinse ange ordnet, um den ersten Laserstrahl zu dem ersten
Medium zu emittieren; sind der erste, der zweite und der dritte
Strahlenteiler in dem Lichtweg an vorbestimmten Positionen von der
ersten Lichtquelle zu der Objektivlinse angeordnet; ist die zweite
Lichtquelle in dem Lichtweg des Lichtes, das von dem dritten Strahlenteiler
reflektiert wird, um den zweiten Laserstrahl durch den dritten Strahlenteiler
zu dem zweiten Medium zu emittieren; ist der erste Fotodetektor
in dem Lichtweg des Lichtes angeordnet, das von dem ersten Strahlenteiler
reflektiert wird, um den ersten Laserstrahl zu empfangen, der von
der ersten Lichtquelle emittiert und von dem ersten Medium reflektiert
wird; ist der zweite Fotodetektor in dem Lichtweg des Lichtes angeordnet,
das von dem zweiten Strahlenteiler reflektiert wird, um den zweiten
Laserstrahl zu empfangen, der von der zweiten Lichtquelle emittiert
und von dem zweiten Medium reflektiert wird; und ist die Kollimatorlinse
zwischen der Objektivlinse und dem dritten Strahlenteiler angeordnet.
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Der
optische Abtaster kann weiterhin einen Wellenlängenauswahlfilter zwischen
der Objektivlinse und der Kollimatorlinse umfassen, um die Blendenöffnung (NA)
der Objektivlinse zu kontrollieren.
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Vorzugsweise
emittiert die erste Lichtquelle einen ersten Laserstrahl mit einer
Wellenlänge
von etwa 400 nm und emittiert die zweite Lichtquelle einen zweiten
Laserstrahl mit einer Wellenlänge
von etwa 650 nm.
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Vorzugsweise
gilt: wenn die vorderen Brennweiten der Linsen von der ersten Lichtquelle
zu der optischen Speicherplatte jeweils f1, f2, ... beziehungsweise
fn sind und wenn die Abbe'schen
Zahlen der optischen Materialien der Linsen jeweils v1, v2, ...
beziehungsweise vn sind, erfüllt
der optische Abtaster das Verhältnis von –0,005 < 1/(f1·v1)1/
(f2·v2)
+ ... + 1/(fn·vn) < 0,005.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung und um Ausführungsbeispiele
derselben zu zeigen, die wirksam umgesetzt werden können, wird
nunmehr beispielhaft auf die anhängenden
schematischen Zeichnungen Bezug genommen.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen:
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1 ist
eine Grafik und zeigt die Änderung
der Emissionswellenlänge
einer Laserdiode in Bezug auf die Ausgangsleistung bei verschiedenen
Temperaturen der Laserdiodenkapsel.
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2 ist
eine Grafik und zeigt die Änderung
des Brechungsindex in Bezug auf die Wellenlänge verschiedener optischer
Materialien.
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3 ist
eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Objektivlinse für Korrektur
chromatischer Aberration.
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4 zeigt
die optische Anordnung eines ersten Ausführungsbeispiels eines optischen
Abtasters gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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5 zeigt
die optische Anordnung eines zweiten Ausführungsbeispiels des optischen
Abtasters gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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6 veranschaulicht
den Lichtweg eines dritten Ausführungsbeispiels
des optischen Abtasters gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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7 veranschaulicht
Aberration in dem optischen Abtaster aus 6.
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8 veranschaulicht
den Lichtweg eines vierten Ausführungsbeispiels
des optischen Abtasters gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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9 veranschaulicht
Aberration in dem optischen Abtaster aus 8.
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10 veranschaulicht
den Lichtweg eines fünften
Ausführungsbeispiels
des optischen Abtasters gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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11 veranschaulicht
Aberration in dem optischen Abtaster aus 10.
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12 veranschaulicht
den Lichtweg eines optischen Abtasters, der eine herkömmliche
Kollimatotlinse verwendet.
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13 veranschaulicht
Aberration in dem herkömmlichen
Abtaster aus 12.
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14 veranschaulicht
den Lichtweg eines herkömmlichen
Abtasters, der eine erfindungsgemäße Kollimatorlinse verwendet.
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15 veranschaulicht
Aberration in dem optischen Abtaster aus 14.
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16 zeigt
die optische Anordnung eines sechsten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optischen
Abtasters.
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17 zeigt
die optische Anordnung eines siebenten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen
Abtasters.
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18 zeigt
die optische Anordnung eines achten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optischen
Abtasters.
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19 zeigt
die optische Anordnung eines neunten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen
Abtasters.
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20 veranschaulicht
den Lichtweg von Licht mit einer Wellenlänge von 405 nm in dem erfindungsgemäßen optischen
Abtaster.
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21 veranschaulicht
Aberration in dem optischen Abtaster aus 20.
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22 veranschaulicht
den Lichtweg von Licht mit einer Wellenlänge von 650 nm in dem erfindungsgemäßen optischen
Abtaster.
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23 veranschaulicht
Aberration in dem optischen Abtaster aus 22, und
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24 veranschaulicht
Aberration in dem optischen Abtaster aus 20 für Licht
von 400 nm sowie für
Licht von 401 und 405 nm.
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Ausführungsbeispiel 1
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Ein
erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen optischen
Abtasters wird in 4 gezeigt. Unter Bezugnahme
auf 4 ist eine Lichtquelle 104 an dem Ende
der optischen Achse einer Objektivlinse 101 einem Medium
(optische Speicherplatte) 100 zugewandt positioniert. Eine λ/4-Platte 107,
ein Strahlenteiler 102 und eine Kollimatorlinse 103 sind
zwischen einer Objektivlinse 101 und der Lichtquelle 104 angeordnet.
Die Kollimatorlinse 103 umfasst eine Fokussierungslinse 103a mit
Fokussierungsleistung und eine Zerstreuungslinse 103b mit
Zerstreuungsleistung.
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Ein
Fotodetektor 106 ist an dem Ende des Lichtweges des von
dem Strahlenteiler 102 reflektierten Lichtes angeordnet,
und eine Kondensorlinse 105 zum Konzentrieren des reflektierten
Lichtes ist zwischen dem Strahlenteiler 102 und dem Fotodetektor 106 angeordnet.
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Wenn
die Lichtquelle 104 einen Laserstrahl von 500 nm oder weniger
emittiert, weist die Kollimatorlinse 103 entsprechende
optische Eigenschaften auf, die ein Merkmal der vorliegenden Erfindung
sind. Unter der Voraussetzung, dass die Gesamtbrennweite der Kollimatorlinse 103f ist
und dass die Brennweite der Zerstreuungslinse 103b fn ist,
erfüllt
die Kollimatorlinse das Verhältnis
von –1,5 > f/fn.
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Ausführungsbeispiel 2
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen optischen
Abtasters wird in 5 gezeigt. Unter Bezugnahme
auf 5 ist eine Lichtquelle 104 koaxial auf
der optischen Achse einer Objektivlinse 101, die einem
Medium (optische Speicherplatte) 100 zugewandt ist, positioniert.
Eine Kollimatorlinse 101, eine λ/4-Platte 107 und ein
Strahlenteiler 102 sind zwischen der Objektivlinse 101 und
der Lichtquelle 104 positioniert. Die Kollimatorlinse 103 umfasst
eine Fokussierungslinse 103a mit Fokussierungsleistung
und eine Zerstreuungslinse 103b mit Zerstreuungsleistung.
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Ein
Fotodetektor 106 ist an dem Ende des Lichtweges des Lichtes,
das von dem Strahlenteiler 102 reflektiert wird, angeordnet,
und eine Kondensorlinse 105 zum Konzentrieren des reflektierten
Lichtes ist zwischen dem Strahlenteiler 102 und dem Fotodetektor 106 angeordnet.
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Wenn
die Lichtquelle 104 einen Laserstrahl von 500 nm oder weniger
emittiert, weist die Kollimatorlinse 103 entsprechende
optische Eigenschaften auf, die ein Merkmal der vorliegenden Erfindung
sind. Unter der Voraussetzung, dass die Gesamtbrennweite der gesamten
Kollimatorlinse 103f ist und die Brennweite der Zerstreuungslinse 103b fn
ist, erfüllt
die Kollimatorlinse 103 das Verhältnis von –1,5 > f/fn.
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Der
Unterschied zwischen dem vorliegenden Ausführungsbeispiel und dem ersten
Ausführungsbeispiel
liegt in der Position der Kollimatorlinse. In den folgenden Ausführungsbeispielen
werden die Auslegungsdaten der optischen Konstruktion gezeigt. Die
Kollimatorlinsen der vorhergehenden beiden Ausführungsbeispiele können die
gleichen optischen Eigenschaften wie die Kollimatorlinse der folgenden
Ausführungsbeispiele
aufweisen.
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Ausführungsbeispiel 3
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Ein
drittes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen optischen
Abtasters wird in 6 schematisch dargestellt, und
die optischen Daten für
den optischen Abtaster aus 6 werden
in Tabelle 1 angeführt.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
wurden eine Lichtquelle von 400 nm, eine Kollimatorlinse mit einer
Brennweite von 10 mm und eine Objektivlinse mit einem Blendendurchmesser
(NA) von 0,75 verwendet. Aberration in dem optischen Aufnehmer wird
in 7 gezeigt.
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Ausführungsbeispiel 4
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Ein
viertes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen optischen
Abtasters wird schematisch in 8 gezeigt,
und die optischen Daten für
den optischen Abtaster aus 8 werden
in Tabelle 2 angeführt.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
wurden eine Lichtquelle von 400 nm, eine Kollimatorlinse mit einer
Brennweite von 15 mm und eine Objektivlinse mit einem Blendendurchmesser
(NA) von 0,75 verwendet. Aberration in dem optischen Abtaster wird
in 9 gezeigt.
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Ausführungsbeispiel 5
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Ein
fünftes
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen optischen
Abtasters wird schematisch in 10 gezeigt,
und die optischen Daten für
den optischen Abtaster aus 10 werden
in Tabelle 3 angeführt.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
wurden eine Lichtquelle von 400 nm, eine Kollimatorlinse mit einer
Brennweite von 20 mm und eine Objektivlinse mit einem Blendendurchmesser
(NA) von 0,75 verwendet. Aberration des optischen Abtasters wird
in 11 gezeigt.
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Die
Gleichung einer asphärischen
Oberfläche,
die bereits in den Tabellen 1 bis 3 genannt wurde, wird durch die
Formel (2) ausgedrückt:
wobei
z die Tiefe von dem Scheitelpunkt der Oberfläche ist, h der Abstand von
der optischen Achse ist, c die Krümmung ist, K ein Kegelschnitt-Koeffizient
ist und A, B, C und D asphärische
Koeffizienten sind.
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Für die Ausführungsbeispiele
3, 4 und 5 kann, da die Wellenlänge
des von der Lichtquelle emittierten Lichtes in dem Fehlerbereich
von ± 10
nm schwankt, der Defokussierungsgrad als Unsicherheit von ± 0,36 μm in der
Schärfentiefe
ausgedrückt
werden.
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12 veranschaulicht
den Lichtweg eines optischen Abtasters, der eine herkömmliche
Kollimatorlinse verwendet, und 13 veranschaulicht
Aberration in dem herkömmlichen
optischen Abtaster aus 12. Im Gegensatz dazu veranschaulicht 14 den
Lichtweg eines optischen Abtasters, der eine erfindungsgemäße Kollimatorlinse
verwendet, und 15 veranschaulicht Aberration
in dem optischen Abtaster aus 14.
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Wie
in den 12 und 13 gezeigt
wird, ist, da die herkömmliche
Kollimatorlinse als für
eine Wellenlänge
von 500 nm oder mehr geeignet ausgelegt wurde, ihre Zerstreuungsleistung
nicht ausreichend, um chromatische Aberration, die durch einen Lichtstrahl
mit einer Wellenlänge
von kürzer
als 500 nm verursacht wird, wirksam zu korrigieren. Für den optischen
Abtaster aus 12 sind die Brennweiten für die einzelnen Linsen
jeweils –15,646,
8,999 beziehungsweise 2,667, und die Abbe'schen Zahlen davon sind 43,0, 53,9 beziehungsweise
62,3, und Σ1/(fi·vi) =
0,0067. Wie in 3 gezeigt wird, ist Aberration
von Licht von 400 nm für den
optischen Abtaster vernachlässigbar,
jedoch erhöht
sich der Aberrationsgrad plötzlich
für Licht
von 405 nm. Somit kann die herkömmliche
Kollimatorlinse nicht für
kurzwelliges Licht verwendet werden.
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Wie
in den 14 und 15 gezeigt
wird, ist die Veränderung
des Aberrationsgrades bei Emissionsstrahlen zwischen 400 nm und
405 nm geringer. Da die erfindungsgemäße Kollimatorlinse eine große Fokussierungsleistung
hat, kann Aberration wirksam korrigiert werden. Im Ergebnis dessen
kann ein Lichtpunkt innerhalb eines Bereiches einer Schärfentiefe
als Reaktion auf Veränderung
der Wellenlänge
von Emissionslicht auf ein Medium fokussiert werden.
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Für eine wirksamere
Reduzierung von chromatischer Aberration in Bezug auf solche kurzwelligen Lichtstrahlen
muss die Kollimatorlinse unter der Voraussetzung, dass die Brennweite
der gesamten Kollimatorlinse f ist und dass die Brennweite der Zerstreuungslinse
fn ist, das Verhältnis
von –1,5 > f/fn erfüllen.
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Vorzugsweise
und unter der Voraussetzung, dass die vorderen Brennweiten von Linsen,
die den optischen Abtaster bilden, f1, f2, ..., fn sind, angeordnet
von der Lichtquelle zu dem Medium hin, und dass die Abbe'schen Zahlen auf
der d-Zeile des optischen Materials für die Linsen v1, v2, ..., und
vn sind, erfüllt
der optische Abtaster das Verhältnis
von –0,005 < 1/(f1·v1) +
1/(f2·v2)
+ ... + 1/(fn·vn) < 0,005.
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Ein
optischer Abtaster, der zwei Lichtquellen verwendet, wird in den
folgenden Ausführungsbeispielen beschrieben
werden.
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Ausführungsbeispiel 6
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Unter
Bezugnahme auf 16 ist eine erste Lichtquelle 104a an
dem Ende der optischen Achse einer Objektivlinse 101, die
einem Medium 100 zugewandt ist, angeordnet. Ein Wellenlängenauswahlfilter 300 zum Steuern
des Blendendurchmessers (NA) der Objektivlinse 101, eine
Kollimatorlinse 103, die ein Merkmal der vorliegenden Erfindung
ist, und ein Strahlenteiler 102 sind zwischen der Objektivlinse 101 und
der ersten Lichtquelle 104a angeordnet.
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Der
Strahlenteiler 102 sendet den von der ersten Lichtquelle 104a emittierten
Laserstrahl und reflektiert den von einer zweiten Lichtquelle emittierten
Laserstrahl. Wie in 16 gezeigt wird, ist die zweite
Lichtquelle 104b in dem Lichtweg des Lichtes angeordnet,
das von dem Strahlenteiler 102 reflektiert wird.
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Die
Verwendung des Wellenlängenauswahlfilters 300 ist
optional. Mit anderen Worten wird der Wellenlängenauswahlfilter 300 in
den optischen Abtaster integriert, wenn Bedarf nach separater Steuerung
des Blendendurchmessers (NA) für
die erste und die zweite Lichtquelle 104a und 104b besteht.
Wenn zum Beispiel die erste Lichtquelle 104a einen blauen
Laserstrahl von 400 nm emittiert und einen Blendendurchmesser (NA) von
0,7 erfordert und wenn die zweite Lichtquelle 104b einen
roten Laserstrahl von 650 nm emittiert und einen Blendendurchmesser
(NA) von 0,6 benötigt,
wird der Wellenlängenauswahlfilter 300 verwendet,
um eine Verringerung des Blendendurchmessers (NA) der Objektivlinse
auf 0,6 für
den Laserstrahl von 650 nm zu ermöglichen, wohingegen der Laserstrahl
von 400 nm vollständig
gesendet wird.
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Eine
herkömmliche
Emitter/Detektor-Vorrichtung, die einen Fotodetektor und eine Laserdiode
umfasst, kann als die erste und die zweite Lichtquelle 104a und 104b verwendet
werden, so dass ein Laserstrahl von der gleichen Vorrichtung emittiert
und empfangen werden kann.
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Die
Kollimatorlinse 103, die wie bereits erwähnt ein
Merkmal der vorliegenden Erfindung bildet, umfasst eine Fokussierungslinse 103a mit
Fokussierungsleistung und eine Zerstreuungslinse 103b mit
Zerstreuungsleistung. Unter der Voraussetzung, dass die Brennweite
der gesamten Kollimatorlinse 103f ist und dass die Brennweite
der Zerstreuungslinse 103b fn ist, erfüllt die Kollimatorlinse 103 das
Verhältnis
von –1,5 > f/fn. Die Kollimatorlinse 103 kollimiert
die Laserstrahlen von der ersten und der zweiten Lichtquelle 104a und 104b und
hilft gleichzeitig, chromatische Aberration zu korrigieren.
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Ausführungsbeispiel 7
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Unter
Bezugnahme auf 17 ist eine erste Lichtquelle 104a an
dem Ende der optischen Achse einer Objektivlinse 101, die
einem Medium 100 zugewandt ist, positioniert. Ein Wellenlängenauswahlfilter 300 zum Steuern
des Blendendurchmessers (NA) der Objektivlinse 101, eine
Kollimatorlinse 103, die ein Merkmal der vorliegenden Erfindung
ist, sowie ein erster, zweiter und dritter Strahlenteiler 102a, 102b und 102c sind
an vorgegebenen Positionen zwischen der Objektivlinse 101 und
der ersten Lichtquelle 104a angeordnet.
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Der
dritte Strahlenteiler 102c sendet den Laserstrahl von der
ersten Lichtquelle 104a und reflektiert den Laserstrahl
von einer zweiten Lichtquelle 104b zu dem Medium 100.
Wie in 17 gezeigt wird, ist die zweite
Lichtquelle 104b in dem Lichtweg des Lichtes, das von dem
dritten Strahlenteiler 102c reflektiert wird, positioniert.
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Der
zweite Strahlenteiler 102b sendet beide Laserstrahlen von
der ersten und der zweiten Lichtquelle 104a und 104b und
reflektiert das Licht, das von dem Medium 100 reflektiert
wird, das von der zweiten Lichtquelle 104b ausging. Das
von dem Medium 100 reflektierte und danach von dem zweiten
Strahlenteiler 102b reflektierte Licht wird von einer zweiten
Kondensorlinse 802 auf einen zweiten Fotodetektor 702 konzentriert.
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Der
erste Strahlenteiler 102a sendet beide Laserstrahlen von
der ersten und der zweiten Lichtquelle 104a und 104b zu
dem Medium 100. Weiterhin reflektiert der erste Strahlenteiler 102a das
Licht, das von dem Medium 100 reflektiert wird, das von
der ersten Lichtquelle 104a ausging, und sendet das Licht,
das von dem Medium 100 reflektiert wird, das von der zweiten
Lichtquelle 104b ausging. Das von dem Medium 100 und
danach von dem ersten Strahlenteiler 102a reflektierte
Licht wird durch eine erste Kondensorlinse 801 auf den ersten
Fotodetektor 602 konzentriert.
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Die
Nutzung des Wellenlängenauswahlfilters 300 ist
optional. Mit anderen Worten wird der Wellenlängenauswahlfilter 300 in
den optischen Abtaster integriert, wenn ein Bedarf nach separater
Steuerung des Blendendurchmessers (NA) für die erste und die zweite
Lichtquelle 104a und 104b besteht. Wenn die erste
Lichtquelle 104a zum Beispiel einen blauen Laserstrahl
von 400 nm emittiert und einen Blendendurchmesser (NA) von 0,7 benötigt und
wenn die zweite Lichtquelle 104b einen roten Laserstrahl
von 650 nm emittiert und einen Blendendurchmesser (NA) von 0,6 benötigt, wird
der Wellenlängenauswahlfilter 300 verwendet,
um eine Verringerung des Blendendurchmessers der Objektivlinse auf
0,6 für
den Laserstrahl von 650 nm zu ermöglichen, während der Laserstrahl von 400
nm vollständig
gesendet wird.
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Die
Kollimatorlinse 103, die wie bereits erwähnt ein
Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, umfasst eine Fokussierungslinse 103a mit
Fokussierungsleistung und eine Zerstreuungslinse 103b mit
Zerstreuungsleistung. Unter der Voraussetzung, dass die Brennweite
der gesamten Kollimatorlinse 103f ist und dass die Brennweite
der Zerstreuungslinse 103b fn ist, erfüllt die Kollimatorlinse 103 das
Verhältnis
von –1,5 > f/fn. Die Kollimatorlinse 103 kollimiert
die Laserstrahlen von der ersten und der zweiten Lichtquelle 104a und 104b und hilft
gleichzeitig, chromatische Aberration zu korrigieren.
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Ausführungsbeisgiel 8
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Unter
Bezugnahme auf 18 ist eine erste Lichtquelle 104a an
dem Ende der optischen Achse einer Objektivlinse 101, die
einem Medium 100 zugewandt ist, positioniert. Ein Wellenlängenauswahlfilter 300 zum Steuern
des Blendendurchmessers (NA) der Objektivlinse 101 sowie
ein erster, ein zweiter und ein dritter Strahlenteiler 102a, 102b und 102c sind
an vorbestimmten Positionen zwischen der Objektivlinse 101 und
der ersten Lichtquelle 104a angeordnet. Weiterhin ist eine
Kollimatorlinse 103, die ein Merkmal der vorliegenden Erfindung
ist, zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlenteiler 102a und 102b angeordnet.
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Der
dritte Strahlenteiler 102c sendet den Laserstrahl von der
ersten Lichtquelle 104a und reflektiert den Laserstrahl
von einer zweiten Lichtquelle 104b zu dem Medium 100.
Wie in 18 gezeigt wird, ist die zweite
Lichtquelle 104b in dem Lichtweg des Lichtes, das von dem
dritten Strahlenteiler 102c reflektiert wird, angeordnet.
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Der
zweite Strahlenteiler 102b sendet alle Laserstrahlen von
der ersten und der zweiten Lichtquelle 104a und 104b und
reflektiert das Licht, das von dem Medium 100 reflektiert
wird, das von der zweiten Lichtquelle 104b ausgeht. Das
von dem Medium 100 und danach von dem zweiten Strahlenteiler 102b reflektierte Licht
wird durch eine zweite Kondensorlinse 802 auf einen zweiten
Fotodetektor 702 konzentriert.
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Der
erste Strahlenteiler 102a sendet alle Laserstrahlen von
der ersten und der zweiten Lichtquelle 104a und 104b zu
dem Medium 100. Weiterhin reflektiert der erste Strahlenteiler 102a das
Licht, das von dem Medium 100 reflektiert wird, das von
der ersten Lichtquelle 104a ausgeht, und sendet das von
dem Medium 100 reflektierte Licht, das von der zweiten
Lichtquelle 104b ausgeht. Das von dem Medium 100 und
danach von dem ersten Strahlenteiler 102a reflektierte
Licht wird von einer ersten Kondensorlinse 801 auf einen
ersten Fotodetektor 602 konzentriert.
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Die
Verwendung eines Wellenlängenauswahlfilters 300 ist
optional. Mit anderen Worten wird der Wellenlängenauswahlfilter 300 in
den optischen Abtaster integriert, wenn ein Bedarf nach separater
Steuerung de Blendendurchmessers (NA) für die erste und die zweite
Lichtquelle 104a und 104b besteht. Wenn zum Beispiel die
erste Lichtquelle 104a einen blauen Laserstrahl von 400
nm emittiert und einen Blendendurchmesser von 0,7 benötigt und
wenn die zweite Lichtquelle 104b einen roten Laserstrahl
von 650 nm emittiert und einen Blendendurchmesser (NA) von 0,6 benötigt, wird
der Wellenlängenauswahlfilter 300 verwendet,
um eine Verringerung des Blendendurchmessers (NA) der Objektivlinse
auf 0,6 für
den Laserstrahl von 650 nm zu ermöglichen, während der Laserstrahl von 400
nm vollständig
gesendet wird.
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Die
Kollimatorlinse 103, die wie bereits erwähnt ein
Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, umfasst eine Fokussierungslinse 103a mit
Fokussierungsleistung und eine Zerstreuungslinse 103b mit
Zerstreuungsleistung. Unter der Voraussetzung, dass die Brennweite
der gesamten Kollimatorlinse 103f ist und dass die Brennweite
der Zerstreuungslinse 103b fn ist, erfüllt die Kollimatorlinse 103 das
Verhältnis
von –15, > f/fn. Die Kollimatorlinse 103 kollimiert
die Laserstrahlen von der ersten und der zweiten Lichtquelle 104a und 104b und hilft
gleichzeitig, chromatische Aberration zu korrigieren.
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Ausführungsbeispiel 9
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Unter
Bezugnahme auf 19 ist eine erste Lichtquelle 104a an
dem Ende der optischen Achse einer Objektivlinse 101, die
einem Medium 100 zugewandt ist, angeordnet. Ein Wellenlängenauswahlfilter 300 zum Steuern
des Blendendurchmessers (NA) der Objektivlinse 101 sowie
ein erster, ein zweiter und ein dritter Strahlenteiler 102a, 102b und 102c sind
an vorbestimmten Positionen zwischen der Objektivlinse 101 und
der ersten Lichtquelle 104a positioniert. Weiterhin ist
eine Kollimatorlinse 103, die ein Merkmal der vorliegenden Erfindung
ist, zwischen dem zweiten und dem dritten Strahlenteiler 102b und 102c positioniert.
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Der
dritte Strahlenteiler 102c sendet den Laserstrahl von der
ersten Lichtquelle 104a und reflektiert den Laserstrahl
von der zweiten Lichtquelle 104b zu dem Medium 100.
Wie in 19 gezeigt wird, ist die zweite
Lichtquelle 104b in dem Lichtweg des Lichtes, das von dem
dritten Strahlenteiler 102c reflektiert wird, angeordnet.
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Der
zweite Strahlenteiler 102b sendet alle Laserstrahlen von
der ersten und der zweiten Lichtquelle 104a und 104b und
reflektiert das Licht, das von dem Medium 100 reflektiert
wird, das von der zweiten Lichtquelle 104b ausgeht. Das
von dem Medium 10 und da nach von dem zweiten Strahlenteiler 102b reflektierte Licht
wird von einer zweiten Kondensorlinse 802 auf einen zweiten
Fotodetektor 702 konzentriert.
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Der
erste Strahlenteiler 102a sendet alle Laserstrahlen von
der ersten und der zweiten Lichtquelle 104a und 104b zu
dem Medium 100. Weiterhin reflektiert der erste Strahlenteiler 102a das
Licht, das von dem Medium 100 reflektiert wird, das von
der ersten Lichtquelle 104a ausgeht, und sendet das Licht,
das von dem Medium 100 reflektiert wird, das von der zweiten
Lichtquelle 104b ausgeht. Das von dem Medium 100 und
danach von dem ersten Strahlenteiler 102a reflektierte
Licht wird von einer ersten Kondensorlinse 801 auf einen ersten
Fotodetektor 602 konzentriert.
-
Die
Verwendung des Wellenlängenauswahlfilters 300 ist
optional. Mit anderen Worten wird der Wellenlängenauswahlfilter 300 in
den optischen Abtaster integriert, wenn Bedarf nach separater Steuerung
des Blendendurchmessers (NA) für
die erste und die zweite Lichtquelle 104a und 104b besteht.
Wenn zum Beispiel die erste Lichtquelle 104a einen blauen
Laserstrahl von 400 nm emittiert und einen Blendendurchmesser (NA) von
0,7 benötigt
und die zweite Lichtquelle 104b einen roten Laserstrahl
von 650 nm emittiert und einen Blendendurchmesser (NA) von 0,6 benötigt, wird
der Wellenlängenauswahlfilter 300 verwendet,
um eine Verringerung des Blendendruchmessers (NA) der Objektivlinse
auf 0,6 für
den Laserstrahl von 650 nm zu ermöglichen, während der Laserstrahl von 400
nm vollständig
gesendet wird.
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Die
Kollimatorlinse 103, die wie bereits erwähnt ein
Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, umfasst eine Fokussierungslinse 103a mit
Fokussierungsleistung und eine Zerstreuungslinse 103b mit
Zerstreuungsleistung. Unter der Voraussetzung, dass die Brennweite
der gesamten Kollimatorlinse 103f ist und dass die Brennweite
der Zerstreuungslinse 103b fn ist, erfüllt die Kollimatorlinse 103 das
Verhältnis
von –1,5 > f/fn. Die Kollimatorlinse 103 kollimiert
die Laserstrahlen von der ersten und der zweiten Lichtquelle 104a und 104b und hilft
gleichzeitig, chromatische Aberration zu korrigieren.
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Ausführungsbeispiel 10
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Ein
zehntes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen optischen
Abtasters wird schematisch in den 20 und 22 gezeigt,
und die optischen Daten für
den optischen Abtaster aus den 20 und 22 werden
in Tabelle 4 angeführt.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
wurden eine Lichtquelle von 400 nm, eine Kollimatorlinse mit einer
Brennweite von etwa 20 mm und eine Objektivlinse mit einem Blendendurchmesser
(NA) von 0,75 verwendet. Da die von der Lichtquelle emittierte Wellenlänge in einem
Fehlerbereich von ± 5
mm schwankt, kann der Defokussierungsgrad als Unsicherheit von ± 0,36 μm in der
Schärfentiefe
ausgedrückt
werden. Weiterhin beträgt
die optische Weglänge
bei 650 nm 0,012λ.
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20 veranschaulicht
den Lichtweg von Licht mit einer Wellenlänge von 405 nm in dem erfindungsgemäßen optischen
Abtaster, und 21 veranschaulicht Aberration
in dem optischen Abtaster aus 20. 22 veranschaulicht
den Lichtweg von Licht mit einer Wellenlänge von 650 nm in dem erfindungsgemäßen optischen
Abtaster, und 23 veranschaulicht Aberration
in dem optischen Abtaster aus 22. Insbesondere
veranschaulicht 24 vergleichsweise Aberration
von Licht von 400 nm sowie von Licht von 401 und 405 nm in dem optischen
Abtaster aus 20.
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Wie
in 24 gezeigt wird, wird der Unterschied in der Aberration
von Licht von 400 nm und von Licht von 405 nm in dem erfindungsgemäßen optischen
Abtaster kaum detektiert. Da die erfindungsgemäße Kollimatorlinse eine große Fokussierungsleistung
hat, kann Aberration wirksam korrigiert werden. Im Ergebnis dessen
kann ein Lichtpunkt als Reaktion auf Schwankung der Wellenlänge von
Emissionslicht innerhalb des Bereiches einer Schärfentiefe auf ein Medium fokussiert
werden.
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Für wirksamere
Verringerung chromatischer Aberration in Bezug auf solche kurzwelligen
Lichtstrahlen unter der Voraussetzung, dass die Brennweite der gesamten
Kollimatorlinse f ist und dass die Brennweite der Zerstreuungslinse
fn ist, ist es notwendig, dass die Kollimatorlinse das Verhältnis von –1,5 > f/fn erfüllt.
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Unter
der Voraussetzung, dass die vorderen Brennweiten von Linsen, die
den optischen Abtaster umfassen, f1, f2, ... und fn sind, angeordnet
von der Lichtquelle zu dem Medium hin, und dass die Abbe'schen Zahlen auf
der d-Zeile der optischen Materialien der Linsen v1, v2, ... und
vn sind, erfüllt
der optische Abtaster vorzugsweise das Verhältnis von –0,005 < 1/(f1·v1) + 1/(f2·v2) +
... + 1/(fn·vn) < 0,005.
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Der
erfindungsgemäße optische
Abtaster ist kompatibel sowohl mit vorhandenen DVDs als auch mit HD-DVDs,
die eine blaue Lichtquelle nahe 405 nm und eine Objektivlinse mit
einem Blendendurchmesser (NA) von 0,6 benötigen, jedoch ist die Vorgabe
derselben noch nicht genormt. Der erfindungsgemäße optische Abtaster gewährleistet
Lesen und Aufzeichnen mit hoher Informationsdichte unter Verwendung
einer Objektivlinse mit einem großen Blendendurchmesser (NA)
und einer Lichtquelle mit einer kurzen Wellenlänge von 500 nm oder weniger.
Insbesondere trägt
die Kollimatorlinse mit der weiter oben erläuterten Konfiguration zu Lesen und
Aufzeichnen mit hoher Informationsdichte bei, indem chromatische
Aberration in Bezug auf kurzwelliges blaues Laserlicht wirksam korrigiert
wird.
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Wengleich
die vorliegende Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf bevorzugte
Ausführungsbeispiele
derselben gezeigt und beschrieben worden ist, wird der Durchschnittsfachmann
problemlos erkennen, dass verschiedene Änderungen hieran vorgenommen
werden können,
ohne von dem Erfindungsbereich gemäß den anhängenden Ansprüchen abzuweichen.
