DE69701552T2

DE69701552T2 - Optische Abtastvorrichtung mit optischer Phasenplatte

Info

Publication number: DE69701552T2
Application number: DE69701552T
Authority: DE
Inventors: Kun-Ho Cho; Hyun-Seob Choi; Chong-Sam Chung; Tae-Kyung Kim; Chul-Woo Lee; Yong-Hoon Lee; No-Kyong Park; Pyong-Yong Seong; Jang-Hoo Yoo
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 2000-09-07
Anticipated expiration: 2017-08-30
Also published as: CN1186300A; HK1044215B; CN1286099C; CN1338734A; HK1044218B; HK1044219B; CN1345045A; JP3995827B2; CN1344949A; KR19980017956A; CN1159610C; HK1044217B; CN1345051A; EP0828244A3; ID18199A; EP0828244B1; CN1209758C; CN100433150C; HK1044214B; CN1345047A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Aufnehmervorrichtung, die Information auf eine digitale Videoplatte (DVD) bzw. eine aufzeichnungsfähige Kompaktplatte (CD-R) aufzeichnen und davon lesen kann.
Aufzeichnungsmedien zum Aufzeichnen und Lesen von Information wie Video, Audio oder Daten sind eine Platte, eine Karte oder ein Band. Unter diesen wird die Plattenart hauptsächlich benutzt. In jüngster Zeit wurde auf dem Gebiet der Optikplatten-Vorrichtungen eine Laset·- platte (LD), eine Kompaktplatte (CD) und eine Digital-Videoplatte (DVD) entwickelt. Eine derartige optische Platte enthält ein Kunststoff oder Glasmedium mit einer gewissen Dicke längs einer Axialrichtung, auf welche Licht auftrifft, und eine Signalaufzeichnungsfläche, an der Information aufgezeichnet wird, und die an dem Kunststoff oder Glasmedium gelegen ist.
Gegenwärtige hochdichte Optikplatten-Systeme vergrößern die numerische Apertur einer Objektivlinse, um die Aufzeichnungsdichte zu erhöhen, und benutzen eine Lichtquelle mit kurzer Wellenlänge wie 635 nm oder 650 nm. Dementsprechend können die hochdichten Optikplatten-Systeme Signale an einer digitalen Videoplatte aufzeichnen oder von ihr lesen und können auch Signale von einer CD lesen. Um jedoch einer neueren CD-Art kompatibel zu sein, z. B. einer beschreibbaren CD (CD-R), sollte Licht mit einer Wellenlänge von 780 nm verwendet werden. Das gilt wegen der Aufzeichnungs-Charakteristiken des CD-R-Aufzeichnungsmediums. Als Ergebnis wird die Verwendung von Licht von 780 nm und 650 nm Wellenlänge in einem einzigen optischen Aufnehmer sehr wichtig für die Kompatibilität von DVD und CD-R. Ein herkömmlicher optischer Aufnehmer, der für DVD und GD-R kompatibel ist, wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen optischen Aufnehmer, der zwei Laserdioden als Lichtquellen für eine DVD und CD-R und eine einzige Objektivlinse benutzt. Der optische Aufnehmer nach Fig. 1 benutzt Laserlicht mit einer Wellenlänge von 635 nm bei der Wiedergabe von einer DVD, und benutzt Laserlicht mit einer Wellenlänge 780 nm beim Aufzeichnen und Wiedergeben auf bzw. von einer CD-R. Licht mit der Wellenlänge von 635 nm, das von einer Laserdioden-Lichtquelle 1 emittiert wird, tritt durch eine Kollimations-Linse 2 und einen Polarisations-Strahlteiler 3 hindurch und geht dann weiter zu einem interferenzfilter-artigen Prisma 4. Licht mit der Wellenlänge 780 nm, das von einer Laserdioden-Lichtquelle 11 emittiert wird, tritt durch eine Kollimationslinse 12, einen Strahlteiler 13 und eine Konvergierungs-Linse 14 hindurch und geht dann zu dem Prisma 4, das das Licht mit der Wellenlänge von 780 nm konvergiert. Ein optisches System mit einer solchen Struktur wird ein "finites optisches System" genannt. Das Prisma 4 überträgt das von dem Polarisations-Strahlteiler 3 reflektierte Licht mit einer Wellen länge von 635 nm und reflektiert das durch die Konvergierungs-Linse 14 konvergierte Licht. Als Ergebnis trifft das Licht von der Lichtquelle 1 auf eine Viertelwellenplatte 5 in Form eines parallelen Strahls durch die Kollimations-Linse 2 auf, während das Licht von der Lichtquelle 11 auf die λ/4-Platte 5 in Form eines divergierenden Strahls auftrifft infolge der konvergierenden Linse 14 und dem Prisma 4. Das durch die λ/4-Platte 5 hindurchgelassene Licht trifft auf eine Objektivlinse 7.
Die Objektivlinse 7 ist so ausgelegt, dass sie auf eine Signalaufzeichnungsfläche in einer DVD 8 mit einer Dicke von 0,6 mm fokussiert, wodurch das von der Lichtquelle 1 emittierte Licht mit 635 nm Wellenlänge auf die Signalaufzeichnungsfläche in dem DVD 8 fokussiert wird. Deshalb enthält das von der Signalaufzeichnungsfläche der DVD 8 reflektierte Licht Information, die auf der Signalaufzeichnungsfläche aufgezeichnet wurde. Das reflektierte Licht durchläuft den Polarisations-Strahlteiler 3 und trifft dann auf einen Lichtdetektor 10 auf, wo die optische Information erfasst wird.
Wenn das vorstehend beschriebene finite optische System nicht verwendet wird, wird, wenn das von der Lichtquelle 11 emittierte Licht mit 780 nm Wellenlänge auf eine Signalaufzeichnungsfläche in der CD-R 9 mit 1,2 mm Dicke unter Benutzung der bereits beschriebenen. Objektivlinse 7 fokussiert wird, infolge des Dickenunterschieds zwischen der DVD 8 und der CD-R 9 sphärische Aberration erzeugt. Mit mehr Einzelheiten erklärt, rührt die sphärische Aberration davon her, dass der Abstand zwischen der Signalaufzeichnungsfläche der CD-R 9 und der Objektivlinse 7 größer ist als der Abstand zwischen der Signaläufzeichnungsfläche der DVD 8 und der Objektivlinse 7, längs einer optischen Achse. Um eine solche sphärische Aberration zu reduzieren, ist ein Aufbau des finiten optischen Systems einschließlich der Konvergierungs-Linse 14 erforderlich. Durch Benutzen der später anhand der Fig. 2 zu beschreibenden variablen Apertur 6 bildet das Licht mit 780 nm Wellenlänge einen optimierten Strahlfleck an der Signalaufzeichnungsfläche der CD-R 9. Das von der CD-R reflektierte Licht mit 780 nm Wellenlänge wird durch das Prisma 4 und dann durch den Strahlteiler 13 reflektiert, um dann durch den Lichtdetektor 15 erfasst zu werden.
Die variable Apertur 6 nach Fig. 1 hat eine Dünnfilmstruktur, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, die selektiv die Lichtstrahlen, die auf den Bereich auftreffen, der nicht größer als die numerische Apertur (NA) von 0,6 mm ist und mit dem Durchmesser der Objektivlinse 7 zusammenfällt. Das bedeutet, die variable Apertur wird aufgrund der NA von 0,45 mit Bezug auf eine optische Achse in zwei Bereiche aufgeteilt. Von den zwei Bereichen lässt ein erster Bereich 1 sowohl Licht mit 635 nm als auch solches mit 780 nm Wellenlänge durch, während ein zweiter Bereich 2 das Licht mit 635 nm Wellenlänge total durchlässt und Licht mit 780 nm Wellen länge total reflektiert. Der Bereich 1 hat die numerische Apertur von 0,45 oder kleiner, und der Bereich 2 ist ein äußerer Bereich des Bereiches 1 und wird durch Beschichten eines dielektrischen Dünnfilms hergestellt. Der Bereich 1 ist aus einem Quarz-(SiO&sub2;)- Dünnfilm gebildet, um die durch den beschichteten Bereich 2 des dielektrischen Dünnfilms erzeugte optische Aberration wegzunehmen. Durch Benutzender variablen Apertur 6 formt das den Bereich 1 mit der NA von 0,45 oder darunter durchlaufende Licht mit 780 nm Wellenlänge einen Strahlfleck, der für die Signalaufzeichnungsfläche der CD-R 9 angemessen ist. Damit benutzt der optische Aufnehmer nach Fig. 1 einen optimalen Lichtfleck, wenn der Plattenmodus von der DVD 8 zu der CD-R 9 geändert wird. Dementsprechend ist der optische Aufnehmer nach Fig. 1 für die Verwendung der CD-R kompatibel.
Nun soll der optische Aufnehmer nach Fig. 1, wie er vorher beschrieben wurde, ein "finites optisches System" mit Bezug auf das Licht mit 780 nm Wellenlänge bilden, um die sphärische Aberration zu beseitigen, die erzeugt wird, wenn eine DVD und eine CD-R kompatibel gewechselt werden. Dabei wird infolge des in dem Bereich 1 mit der NA von 0,45 oder darüber gebildeten optischen Dünnfilms, d. h. des dielektrischen Dünnfilms, zwischen dem den Bereich 2 mit der NA von 0,45 oder darunter durchlaufenden Licht und dem den Bereich 2 mit der NA von 0,45 oder darüber durchlaufenden Licht eine optische Wegdifferenz erzeugt. Um diese Differenz zu beseitigen, ist es notwendig, einen optischen Dünnfilm in dem Bereich 1 zu bilden. Aus diesem Grund wird die Quarzbeschichtung in dem Bereich 1 und ein Mehrlagen- Dünnfilm in dem Bereich 2 gebildet. Ein derartiger Herstellvorgang wird jedoch nicht nur kompliziert, sondern die Einstellung der Dicke des Dünnfilms sollte genau in der Größenordnung von "um" erfolgen. So wird die Massenproduktion des optischen Aufnehmers erschwert.
US-A-5 303 221 beschreibt eine optische Aufnehmervorrichtung, die zum Lesen von zwei Arten von optischen Platten fähig ist, und ein Phasenhologramm zwischen einer Lichtquelle und einer Fokussierungslinsen-Anordnung aufweist.
Die JP-A- 8 055 363, die der nachveröffentlichten US-A-5 703 856 entspricht, beschreibt eine optische Aufnehmervorrichtung mit einem Phasenschiebemittel, das zum Lesen von zwei · Arten von Platten fähig ist, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
EP-A-803 867 und EP-A-747 893, die nach Art. 54(3) EPÜ relevant sind, beschreiben eine optische Aufnehmervorrichtung, die zum Lesen von zwei Arten von Optikplatten mit einem Aperturbegrenzungselement betreibbar sind, haben jedoch keine Objektivlinse, die einen ringförmigen Schirmabschnitt umfasst.
Ein Ziel der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das Schaffen einer optischen Aufnehmervorrichtung, die durch Beseitigen der sphärischen Aberration mit Hilfe einer Phasenplatte für eine digitale Videoplatte und eine beschreibbare Kompaktplatte kompatibel ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine optische Aufnehmervorrichtung geschaffen, die zur Verwendung mit mindestens zwei optischen Aufzeichnungsmedien ausgelegt ist, welche unterschiedliche Abstände zwischen einem optischen Aufnehmer zu Informations-Aufzeichnungsflächen haben und Licht mit unterschiedlichen Wellenlängenzum Aufzeichnen und Lesen von Information benutzen, wobei die optische Aufzeichnungsvorrichtung umfasst:
Laserlichtquellen zum Emittieren eines ersten Lichts mit einer relativ kürzeren Wellenlänge bzw. eines zweiten Lichts mit einer relativ längeren Wellenlänge;
eine Objektivlinse mit einer vorgegebenen Brennweite, bei der der Brennpunkt der Objektivlinse gemäß dem ersten Licht im Gebrauch mit der Position einer Informationsaufzeichnungsfläche bei einem ersten optischen Aufzeichnungsmedium einer ersten Art zusammenfällt, die im Gebrauch eine Informationsaufzeichnungsfläche mit einem ersten Abstand von der Objektivlinse aufweist;
optische Erfassungsmittel;
Mittel zum Steuern eines optischen Pfades in der Weise, dass das von einer der Laserlichtquellen emittierte Licht auf die Objektivlinse gerichtet wird und das von der Objektivlinse ausgegebene Licht auf das optische Erfassungsmittel gerichtet wird,
bei der das erste bzw. das zweite Licht gemäß einem einzusetzenden optischen Aufzeichnungsmedium eingesetzt wird; und
zwischen das Optikpfad-Steuermittel und die Objektivlinse eingesetztes Phasenschiebermittel,
dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenschiebermittel zum Schieben der Phase eines Teils des zweiten Lichts ausgelegt ist, der sich von dem Optikpfad-Steuermittel zu der Objektivlinse ausbreitet, um dadurch die Größe eines Strahlflecks zu verringern, der im Gebrauch durch das mit der Objektivlinse fokussierte zweite Licht an der Position der Informationsaufzeichnungsfläche an einem zweiten optischen Aufzeichnungsmedium einer zweiten Art gebildet wird, das im Gebrauch eine Informationsaufzeichnungsfläche mit einem zweiten Abstand von der Objektivlinse aufweist, der größer ist als der erste Abstand.
Das Phasenschiebemittel kann eine Phasenplatte sein, die zwei Bereiche mit unterschiedlicher Dicke enthält. Der dünnere der beiden Bereiche der Phasenplatte umfasst vorzugsweise einen Abschnitt zum Verschieben der Phase des zweiten Lichts und enthält eine Nut mit einer vorgegebenen Breite und Tiefe, die von der relativ dichter an dem Optikpfad- Steuermittel liegenden Oberfläche der Phasenplatte nach innen in einer allgemein konkaven Weise ausgebildet ist. Der dünnere Bereich kann eine Form von mit Bezug auf die optische Achse der Objektivlinse konzentrischen Kreisen haben. Die Nut kann eine optische Tiefe zur Phasenverschiebung des ersten Lichts um 360º und zum Phasenverschieben des zweiten Lichts um 180º aufweisen.
Vorzugsweise umfasst der relativ dickere Bereich der Phasenplatte einen Abschnitt zum Schieben der Phase des zweiten Lichts, und enthält einen vorstehenden Teil mit einer vorgegebenen Breite und Höhe, der von der Oberfläche der Phasenplatte nach außen vorsteht, die relativ näher an dem Optikpfad-Steuermittel gelegen ist. Der dickere Bereich kann die Form von mit Bezug auf die optische Achse der Objektivlinse konzentrischen Kreisen besitzen. Vorzugsweise hat das vorstehende Teil eine optische Höhe zur Phasenverschiebung des ersten Lichts um 360º und zur Phasenverschiebung des zweiten Lichts um 180º.
Die Phasenplatte kann durch eine der Maßnahmen Ätzen, Einspritzen oder Formen hergestellt werden.
Das Phasenschiebemittel kann hergestellt werden durch Einätzen einer Nut in die Objektivlinse, wobei die Nut eine vorgegebene Breite und Tiefe besitzt, konkav ist und sich von einer relativ dichter an dem Optikpfad-Steuermittel liegenden Oberfläche der Objektivlinse nach innen erstreckt.
Das Phasenschiebemittel kann eine Form eines vorstehenden Teils mit einer vorgegebenen Breite und Höhe besitzen, das von der relativ enger an dem Optikpfad-Steuermittel liegenden Oberfläche der Objektivlinse nach außen vorsteht.
Das Phasenschiebemittel kann die gleiche Krümmung besitzen, wie die der Objektivlinse, und mit einer relativ dichter an dem Optikpfad-Steuermittel liegenden Oberfläche der Objektivlinse zu koppeln sein.
Die Vorrichtung kann eine geringe Baugröße besitzen, bei der eine von den ersten und zweiten Lichtarten angemessen ausgewählt wird und andere Komponenten immer dann konsistent benutzt werden, wenn ein optisches Aufzeichnungsmedium gegen das andere optische Aufzeichnungsmedium geändert wird.
Vorzugsweise sind eine der Laserlichtquellen und das optische Erfassungsmittel zu einer einzigen Einheit integriert.
Variables Aperturmittel kann vorgesehen sein, das zwischen dem Optikpfad-Steuermittel und dem Phasenschiebemittel angeordnet ist, mit einem ersten Bereich zum Durchlassen sowohl des ersten wie des zweiten Lichts, das von dem Optikpfad-Steuermittel her eintritt, und einem zweiten Bereich nur zum Durchlassen des davon eintretenden zweiten Lichts, wobei der erste und der zweite Bereich die gleiche optische Achse wie die Objektivlinse aufweisen. Gemäß einem zweiten Aspekt der. Erfindung wird eine optische Aufnehmervorrichtung geschaffen, die zur Verwendung mit mindestens zwei optischen Aufzeichnungsmedien ausgelegt ist, die unterschiedliche Abstände von einem optischen Aufnehmer zu der Informationsaufzeichnungsfläche besitzen und Lichtarten mit unterschiedlichen Wellenlängen zum Aufzeichnen und Lesen von Information benutzen, wobei die optische Aufnehmervorrichtung umfasst:
Laserlichtquellen zum emittieren von erstem Licht mit einer relativ kürzeren Wellenlänge bzw. zweitem Licht mit einer relativ längeren Wellenlänge;
eine Objektivlinse mit einer vorgegebenen Brennweite, bei der der Brennpunkt der Objektivlinse für das erste Licht, im Gebrauch, mit der Position der Informationsaufzeichnungsfläche bei einem ersten optischen Aufzeichnungsmedium einer ersten Art zusammenfällt, die im Gebrauch eine Informationsaufzeichnungsfläche mit einem ersten Absstand von der Objektivlinse besitzt;
optisches Erfassungsmittel;
Mittel zum Steuern eines optischen Pfads in der Weise, dass das von einer der Laserlichtquellen emittierte Licht zu der Objektivlinse gerichtet wird und das von der Objektivlinse austretende Licht zu dem optischen Erfassungsmittel gerichtet wird; und
zwischen das Optikpfad-Steuermittel und die Objektivlinse eingesetztes variables Aperturmittel mit einem ersten Bereich zum Durchlassen des ersten wie des zweiten von dem Optikpfad-Steuermittel her eintretenden Lichtes und einem zweiten Bereich zum Durchlassen nur des ersten von dort eintretenden Lichts, wobei der erste und der zweite Bereich die gleiche optische Achse wie die Objektivlinse aufweisen,
wobei entweder das erste oder das zweite Licht entsprechend dem einzusetzenden optischen Aufzeichnungsmedium verwendet wird; und
die Objektivlinse mindestens einen ringförmigen Schirmabschnitt zum Abschirmen eines Teils des über den ersten Bereich durchgelassenen Lichts umfasst.
Der zweite Bereich des variablen Aperturmittels kann als eine Struktur eines Beugungsgittermusters aufgebaut sein.
Phasenschiebemittel können vorgesehen sein, die zwischen dem variablen Aperturmittel und der Objektivlinse gelegen sind, um die Phase eines Teils des zweiten Lichts zu verschieben, welches von dem variablen Aperturmittel zu der Objektivlinse fortschreitet, und dadurch die Größe der Strahlfleck-Aufzeichnungsfläche in dem zweiten optischen Aufzeichnungsmedi um mit der Informationsäufzeichnungsfläche zu vermindern, die weiter von der Objektivlinse weg positioniert ist durch das mit der Objektivlinse fokussierte zweite Licht.
Das Phasenschiebemittel und das variable Aperturmittel können als eine einzige Einheit aufgebaut sein, bei der das Phasenschiebemittel innerhalb des ersten Bereichs des variablen Aperturmittels gebildet ist.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung, und um zu zeigen, wie Ausführungsformen derselben zu ihrer Auswirkung gebracht werden, wird nun beispielsweise auf die beigefügten aschematischen Zeichnungen Bezug genommen, in welchen:
Fig. 1 eine Ansicht eines herkömmlichen optischen Aufnehmers ist, die zwei Laserdioden als Lichtquellen für eine digitale Videoplatte (DVD) sowie für eine beschreibbare Kompaktplatte (CD-R) und eine einzige Objektivlinse benutzt;
Fig. 2 eine Ansicht zum Erklären einen Fig. 1 gezeigten variablen Apertur ist;
Fig. 3 eine Ansicht ist, die ein optisches System eines optischen Aufnehmers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 eine Phasenplatteneinheit und eine Ringschirm-Objektivlinse nach Fig. 3 zeigt;
Fig. 5 eine Ansicht ist, die ein optisches System eines optischen Aufnehmers gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
fig. 6 eine Ringschirm-Objektivlinse mit einer Phasenplattenfunktion zeigt, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist;
Fig. 7A und 7B Ansichten der kombinierten Struktur einer Phasenplatte und einer variablen Apertur entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind;
Fig. 8 eine grafische Darstellung ist, die die Verkleinerungswirkung für die Fleckgröße und für eine Seitenkeule gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 9 eine grafische Darstellung ist, die Kenngrößen eines Brennpunkt-Servosignals während des Abspielens einer CD-R-Platte zeigt;
Fig. 10 eine grafische Darstellung ist, die die Phasenveränderung des Lichts entsprechend der Tiefe der Nut in der Phasenplatte zeigt; und
Fig. 11 eine grafische Darstellung ist, welche die Veränderung der Beugungswirksamkeit von gebeugtem Licht nullter Ordnung entsprechend der Nuttiefe der variablen Apertur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit mehr Einzelheiten mit Bezug auf die beigefügten Zeichnung beschrieben.
Fig. 3 zeigt ein optisches System eines optischen Aufnehmers nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nach Fig. 3 wird, wenn eine Laserdioden- Lichtquelle 31 arbeitet, das in divergierender Form aus der Lichtquelle 31 austretende Licht mit 650 nm Wellenlänge der Reihe nach durch einen ersten Polarisations-Strahlteiler 32 und einen zweiten Polarisations-Strahlteiler 33 reflektiert und durchgelassen. Das den zweiten Polarisations-Strahlteiler 33 durchschreitende Licht fällt auf eine Kollimationslinse 34 auf. Wenn die Laserdioden-Lichtquelle 40 arbeitet, wird das in divergierender Form von der Lichtquelle 40 austretende Licht mit 780 nm Wellenlänge durch den zweiten Polarisations-Strahlteiler 33 reflektiert und fällt dann auf die Kollimationslinse 34 auf. Die Kollimationslinse 34 kollimiert das von dem zweiten Polarisations-Strahlteiler 33 auffallende Licht parallel zu einer optischen Achse, die senkrecht auf der Oberfläche einer variablen Apertur 35 steht, und das kollimierte Licht wird je nach Wellenlänge selektiv durch die variable Apertur 35 durchgelassen.
Nach Fig. 7A und 7B besitzt die variable Apertur einen Bereich 3 zum Durchlassen sowohl des Lichts mit 780 nm Wellenlänge als auch des Lichts mit 650 nm Wellenlänge, und einen Bereich, in dem nur das Licht mit 650 nm Wellenlänge durchgelassen wird. Der Bereich 4 hat eine Hologrammstruktur. Die Hologrammstruktur enthält einen Beugungsgitterabschnitt, dessen Beugungswirksamkeit bezüglich des Lichts mit 780 nm Wellenlänge maximiert wird mit einer von Null verschiedenen Brechungsordnung, und deren Beugungswirksamkeit mit Bezug auf das Licht mit 650 nm Wellenlänge 100% mit der Beugungsordnung Null beträgt. Deswegen kann das Licht mit 650 nm Wellenlänge beugungsfrei durch die Hologrammstruktur hindurchgelassen werden. Die Fig. 11 zeigt die Beugungswirksamkeit des mit Ordnung Null gebeugten Lichts entsprechend der Nutentiefe des Beugungsgitterabschnitts; wenn die Nutentiefe 3,8 um beträgt, hat das Licht mit 650 nm Wellenlänge die Beugungswirksamkeit von 100%, wie mit der mit "++"-Symbolen überdeckten durchgezogenen Linie gezeigt ist, und das Licht von 780 nm Wellenlänge hat bei der gleichen Nutentiefe die Beugungswirksamkeit 0%, wie mit einer mit "++"-Symbolen überdeckten durchgezogenen Linie gezeigt. Deshalb wird der Bereich 4 der variablen Apertur 35 mit einem Beugungsgitterabschnitt mit einer Nutentiefe von 3,8 um ausgelegt. Bei dieser Ausführungsform wird zum Unterteilen der Bereiche 3 und 4 eine NA von 0,5 eingesetzt. Deshalb ist der Bereich 3 ein Abschnitt mit der NA von 0,5 oder darunter, und der Bereich 4 ist ein Abschnitt mit einer NA größer als 0,5. Auf diese Weise wird gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das durch den Abschnitt mit einer NA von nicht mehr als 0,6 durchgelassene Licht, in Übereinstimmung mit dem Durchmesser der Objektivlinse 37, selektiv in den Bereichen 3 und 4 der variablen Apertur 35 der jeweiligen Wellenlänge entsprechend durchgelassen. Die variable Apertur nach Fig. 7B, die mit einem Hologramm-Musterasymmetrischer Form aufgebaut ist, beseitigt das Rückkopplungsrauschen, das durch das Licht erzeugt wird, welches sich zu einem optischen Erfassungsbereich ausbreitet.
Das die variable Apertur 35 durchschreitende Licht durchschreitet eine später mit Bezug auf Fig. 4 zu beschreibende Phasenplatte 36 und trifft dann auf eine Ringschirm-Objektivlinse 37 auf. Die Objektivlinse 37 ist so ausgelegt, dass sie auf eine Informationsaufzeichnungsfläche der DVD 8 fokussiert. Wenn die Phasenplatte 36 der vorliegenden Erfindung nicht eingesetzt wird, wird die Größe des auf der Informationsaufzeichnungsfläche der CD-R 9 gebildete Lichtflecks 1,8 um oder darüber, wenn man von der gegenwärtig in Gebrauch befindlichen Platte DVD 8 zu der CD-R 9 wechselt. Da jedoch die herkömmliche Größe des Lichtflecks, der bei der CD-R 9 eingesetzt wird, allgemein 1,4 um beträgt, kann auf der CD-R mittels des Lichtflecks mit der Größe von 1,8 um keine Information aufgezeichnet oder von ihr gelesen werden. Deshalb benutzen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Phasenplatte 36, um die Größe des Lichtflecks so zu reduzieren, dass Information auf die CD- R 9 aufgezeichnet bzw. von ihr gelesen werden kann.
Die Phasenplatte 36 ist, wie in Fig. 3 gezeigt, zwischen der variablen Apertur 35 und der Objektivlinse 37 positioniert. Die Phasenplatte 36 enthält eine Ringnut 361, die von der der variablen Apertur 35 näheren Fläche nach innen konkav abgeht und eine vorgegebene Breite und Tiefe besitzt. Die Ringnut 361 wird durch Einspritzen oder Formen mit Benutzung einer Ätzung oder einer Metallform hergestellt, wobei die Tiefe D durch die folgenden Gleichungen (1) und (2) bestimmt wird.
2πn' d/λ-2πd/λ' = 2(m')π ............ (1)
2πnd/λ - 2nd/λ = 2(m + 1)π ........... (2)
Hier ist m eine ganze Zahl, n' und n bezeichnen jeweils den Brechungsindex bei der Wellenlänge λ' (650 nm) bzw. λ (780 nm). Bei den angegebenen Gleichungen (1) und (2) wird, falls m' = 3 und m = 2, die Tiefe D der Ringnut 361 etwa 3,9 um. Die Phasenplatte 36 mit der Ringnut 361 der Tiefe D bewirkt eine Phasenverschiebung des Lichts mit 780 nm Wellenlänge um 180º und eine Phasenverschiebung des Lichts mit 650 nm Wellenlänge um 360º, wenn sich das Licht von der variablen Apertur 35 zu der Objektivlinse 37 hin ausbreitet. Fig. 10 ist eine grafische Darstellung, die die Phasenänderung der beiden Wellenlängen gemäß des Tiefe D der Ringnut 361 an der Phasenplatte 36 zeigt, wobei die durchgezogene Linie die Phasenveränderung mit Bezug auf das Licht mit 650 nm Wellenlänge darstellt, und die gestrichelte Linie diese Phasenänderung mit Bezug auf das Licht mit 780 nm Wellenlänge darstellt. Wenn D 3,9 um beträgt, hat das Licht mit Wellenlänge 780 nm eine Phasenver schiebung von 180 und das Licht mit 650 nm eine Phasenverschiebung von 360º.
So hat das um 180º phasenverschobene Licht von 780 nm Wellenlänge im wesentlichen einen Super-Auflösungseffekt und tritt durch eine Apertur hindurch, verglichen mit dem Fall, dass keine Phasenplatte 36 benutzt wird. Durch die Phasenplatte 36 wird die Größe des auf die Informationsaufzeichnungsfläche in der CD-R 9 gebildeten Lichtflecks in einem Ausmaß reduziert, dass das Aufzeichnen auf oder das Lesen von der CD-R 9 möglich ist, um dadurch die sphärische Aberration zu entfernen.
Die Phasenplatte 36 kann modifiziert werden zu einer hervorstehenden Form mit einer vorgegebenen Breite und Höhe, die von der der variablen Apertur 35 näheren Fläche nach außen vorsteht. Da eine solche Abwandlung dem normalen Fachmann auf diesem Gebiet, der die Funktion der Phasenplatte kennt, offensichtlich ist, wird die detaillierte Beschreibung derselben weggelassen.
Die Objektivlinse 37, auf die das die Phasenplatte 36 verlassende Licht auffällt, enthält einen ringförmigen Schirmabschnitt 371, wie in Fig. 4 gezeigt. Der ringförmige Schirmabschnitt 371 schirmt einen Teil des den Bereich 3 durchlaufenden Bereichs ab. Damit wird die sphärische Aberration, die beim Wechsel von der DVD 8 auf die CD-R 9 auftritt, reduziert, und die Empfindlichkeit eines Fokusfehlersignals in einem (nicht gezeigten) Fokus-Servosystem wird vergrößert.
Das von der Informationsaufzeichnungsfläche der DVD 8 oder der CD-R 9 reflektierte Licht breitet sich von der Objektivlinse 37 zu einer Lichterfassungslinse 38 hin aus und wird durch die Lichterfassungslinse 38 in dem Lichtdetektor 39 fokussiert. Damit kann die Vorrichtung nach Fig. 3 Information sowohl auf der DVD 8, wie auch der CD-R 9 aufzeichnen oder von diesen lesen.
Fig. 6 zeigt eine Objektivlinse 47, die durch Kombinieren einer Phasenplatte 36 mit einer Objektivlinse 37 der Fig. 3 zu einer einzigen Einheit aufgebaut ist. Fig. 5 zeigt ein optisches System eines optischen Aufnehmers mit einer solchen Objektivlinse 37. Die Objektivlinse 47 nach Fig. 6 enthält eine Ringnut 471, die von der der variablen Apertur 35 näher liegenden Fläche nach innen konkav verläuft und eine vorgegebene Breite und Tiefe hat. Die mit einer solchen Ringnut 471 versehene Objektivlinse 47 bewirkt eine Phasenverschiebung des Lichts mit 780 nm Wellenlänge um 180º, wie die Phasenplatte 36, und eine Phasenverschiebung des Lichts mit 650 nm Wellenlänge um 360º. Damit dient bei dem auf die Objektivlinse 47 von der variablen Apertur 35 her auffallenden licht mit 780 nm Wellenlänge das durch die Ringnut 471 gebeugte Licht zum Verringern der sphärischen Aberration mit Bezug auf die CD-R 9. Die Ringnut 471 entfernt die sphärische Aberration, wenn die DVD 8 gegen eine CD-R 9 getauscht wird. Dementsprechend wird der Strahlfleck geringer Größe an der Informationsaufzeichnungsfläche gebildet, so dass die Information mit Licht der Wellenlänge 780 nm auf die CD-R 9 aufgezeichnet bzw. von ihr gelesen werden kann. Der optische Aufnehmer nach Fig. 5 enthält eine einzige Einheit 49, welche eine Lichtquelle 491 mit einem Lichtdetektor 493 für das Licht mit Wellenlänge 780 nm kombiniert, und zusätzlich dazu eine Lichtquelle 31, eine Lichterfassungslinse 51 und einen Lichtdetektor 53 für das Licht mit Wellenlänge 650 nm. Der optische Aufnehmer nach Fig. 5 enthält weiter einen Strahlteiler 48 vom Hologramm-Typ für das von der Lichtquelle 491 der Einheit 49 ausgehende Licht und das auf den Lichtdetektor 493 auffallende Licht. Da der Aufbau und der Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 5 für eine auf diesem Fachgebiet erfahrene Person offensichtlich ist und damit die Vorrichtung nach Fig. 3 durch die vorstehende Erklärung vollständig verstanden werden kann, wird eine weitere detaillierte Beschreibung derselben weggelassen.
Die in der Objektivlinse 47 nach Fig. 6 ausgebildete Ringnut 471 kann auch zu einer abstehenden Form abgewandelt werden, die von der Oberfläche der Objektivlinse 47 nach außen vorsteht und eine vorgegebene Breite und Höhe besitzt.
Fig. 7 ist eine Ansicht, die eine Einzelstruktur zeigt, welche eine Phasenplatte mit einer variablen Apertur nach der vorliegenden Erfindung verbindet. Nach Fig. 7 hat ein Phasenveränderungsbereich, der in dem Bereich mit der NA von 0,5 oder darunter enthalten ist, einen ringförmigen Aufbau. Ein derartiger Phasenveränderungsbereich führt die gleiche Funktion wie die der Phasenplatte 36 aus, und so wird die detaillierte Beschreibung derselben weggelassen.
Fig. 8 ist ein grafisches Schaubild, das eine Reduktionswirksamkeit einer Fleckgröße und einer Seitenkeule zeigt. In Fig. 8 bezeichnet die Kurve (a) den Fall, wenn ein für eine DVD optimierter herkömmlicher optischer Aufnehmer für eine CD-R eingesetzt wird, wobei die in der Informationsaufzeichnungsfläche der CD-R gebildete Fleckgröße 1,53 um beträgt. Die Kurve (b) bezeichnet den Fall, wenn eine optische Aufnahmevorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt wird, bei der die Fleckgröße 1,33 um beträgt. Die Kurve (c) bezeichnet den Fall, wenn ein herkömmlicher optischer Aufnehmer für eine CD-R benutzt wird, wobei die Fleckgröße 1,41 um beträgt. Es kann aus Fig. 8 ersehen werden, dass die hier beschriebene Aufnehmervorrichtung die Größe des Flecks im Vergleich mit dem herkömmlichen optischen Aufnehmer um etwa 8% verringert. Auch kann, da die Größe der Seitenkeule zum Zeitpunkt der Plattenaufnahme und -wiedergabe kleiner ist, gesehen werden, dass eine Lichtmenge im Umfangsabschnitt des Flecks, die die Seitenkeule genannt wird, bei einem optischen Aufnehmer mit einer erwünschten optischen Charakteristik reduziert wird. Fig. 9 zeigt, dass die optische Aufnehmervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete Charakteristik mit Bezug auf ein Fokus-Servosignal während der Wiedergabe der CD-R besitzt, wenn die optische Aufnehmervorrichtung ein optisches Signal in der Astigmatismusweise erfasst, durch eine relativ niedrigere Grafik.
Die vorher beschriebenen Ausführungsformen wurden mit der Struktur beschrieben, die eine variable Apertur, eine Phasenplatte und eine Ringschirm-Objektivlinse enthält. Bei Benutzung nur einer Phasenplatte wird die sphärische Aberration infolge des Plattenwechsels reduziert, und es kann ein für die CD-R angemessener optischer Fleck an der Informationsaufzeichnungsfläche gebildet werden.
Die vorher beschriebenen Ausführungsformen wurden in Verbindung mit einem infiniten (unbegrenzten) optischen System beschrieben, das durch die Kollimationslinse 34 hergestellt wird. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch auf ein finites optisches System ohne Kollimationslinse angewendet werden, das zwischen einem Strahlteiler und einer Objektivlinse eingesetzt wird, wie für den Fachmann offensichtlich ist.
Wie vorstehend beschrieben, benutzen Ausführungsformen des optischen Aufnehmers gemäß der vorliegenden Erfindung eine Phasenplatte. Dementsprechend kann ein optischer Aufnehmer vorgesehen werden, der für eine DVD und eine CD-R kompatibel mit einer einzigen Objektivlinse verwendet wird, ohne eine herkömmliche Art der optischen Vorrichtung zu verwenden, die sonst ein Problem beim Herstellvorgang ergeben kann.
Es wurden hier nur gewisse Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besonders beschrieben, und es ist offensichtlich, dass zahlreiche Abwandlungen davon im Schutzbereich der Ansprüche hergestellt werden können.

Claims

1. Optische Aufnehmervorrichtung, die zur Verwendung mit mindestens zwei optischen Aufzeichnungsmedien (8, 9) ausgelegt ist, welche unterschiedliche Abstände von einem optischen Aufnehmer zu Informations-Aufzeichnungsflächen haben und Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen zum Aufzeichnen und Ablesen von Information benutzen, wobei die optische Aufzeichnungsvorrichtung umfasst:

Laserlichtquellen (31, 40; 31, 491) zum Emittieren eines ersten Lichts mit einer relativ kürzeren Wellenlänge bzw. eines zweiten Lichts mit einer relativ längeren Wellenlänge;

eine Objektivlinse (37; 47) mit einer vorgegebenen Brennweite, bei der der Brennpunkt der Objektivlinse (37; 47) gemäß dem ersten Licht im Gebrauch mit der Position der Informationsaufzeichnungsfläche bei einem ersten optischen Aufzeichnungsmedium (8) einer ersten Art zusammenfällt, die im Gebrauch eine Informationsaufzeichnungsfläche mit einem ersten Abstand von der Objektivlinse aufweist;

optische Erfassungsmittel (38, 39; 48, 493, 51, 53);

Mittel (32-34; 32, 43, 34) zum Steuern eines optischen Pfades in der Weise, dass das von einer der Laserlichtquellen (31, 40; 31, 491) emittierte Licht auf die Objektivlinse (37; 47) gerichtet wird und das von der Objektivlinse (37; 47) ausgegebene Licht auf das optische Erfassungsmittel (38, 39; 48, 493, 51, 53) gerichtet wird,

bei der das erste bzw. das zweite Licht gemäß einem einzusetzenden optischen Aufzeichnungsmedium eingesetzt wird; und

zwischen das Optikpfad-Steuermittel (32-34; 32, 43, 34) und die Objektivlinse (37; 47) eingesetztes Phasenschiebermittel (36),

dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenschiebermittel zum Schieben der Phase

eines Teils des zweiten Lichts ausgelegt ist, das sich von dem Optikpfad-Steuermittel (32-34; 32, 43, 34) zu der Objektivlinse (37; 47) ausbreitet, um dadurch die Größe eines durch das zweite Licht (40; 491) mit der Objektivlinse (37; 47) fokussierten Strahlflecks zu verringern, der in Gebrauch an der Position der Informationsaufzeichnungsfläche in einem zweiten optischen Aufzeichnungsmedium (9) einer zweiten Art gebildet wird, das im Gebrauch eine Informationsaufzeichnungsfläche mit einem zweiten Abstand von der Objektivlinse (37; 47) aufweist, der größer ist als der erste Abstand.

2. Optische Aufnehmervorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Phasenschiebermittel (36) eine Phasenplatte mit zwei Bereichen von unterschiedlicher Dicke ist.

3. Optische Aufnehmervorrichtung nach Anspruch 2, bei der der dünnere der beiden Bereiche der Phasenplatte einen Abschnitt zum Verschieben der Phase des zweiten Lichts umfasst und eine Nut (361) mit einer vorgegebenen Breite und Tiefe enthält, die in allgemein konkaver Weise von der dem optischen Pfadsteuermittel (32-34) zugewendeten Fläche der Phasenplatte (36) nach innen ausgebildet ist.

4. Optische Aufnehmervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der der dünnere Bereich (361) die Gestalt von mit Bezug auf die optische Achse der Objektivlinse (37) konzentrischen Kreisen hat.

5. Optische Aufnehmervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Nut (361) eine optische Tiefe zur Phasenverschiebung des ersten Lichts in einem Ausmaß von 360º und zur Phasenverschiebung des zweiten Lichts in einem Ausmaß von 180º besitzt.

6. Optische Aufnehmervorrichtung nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, bei der der relativ dickere Bereich der Phasenplatte (36) einen Abschnitt zum Verschieben der Phase des zweiten Lichts (41) umfasst und einen vorstehenden Bereich mit einer vorgegebenen Breite und Höhe enthält, der von der dem optischen Pfadsteuermittel (32-34) zugewendeten Fläche der Phasenplatte (36) nach außen vorsteht:

7. Optische Aufnehmervorrichtung nach Anspruch 6, bei der der dickere Bereich eine Form von mit Bezug auf die optische Achse der Objektivlinse (37) konzentrischen Kreisen hat.

8. Optische Aufnehmervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der der vorstehende Bereich eine optische Höhe zur Phasenverschiebung des ersten Lichts in einem Ausmaß von 360º und zur Phasenverschiebung des zweiten Lichts in einem Ausmaß von 180º besitzt.

9. Optische Aufnehmervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei der die Phasenplatte (36) durch einen der Vorgänge Ätzen, Einspritzen und Formen hergestellt ist.

10. Optische Aufnehmervorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Phasenschiebermittel durch Ätzen einer Nut (471) in die Objektivlinse (47) hergestellt ist, wobei die Nut (471) eine vorgegebene Breite und Tiefe besitzt, konkav ist und sich von einer dem Optikpfad-Steuermittel (32, 43, 34) zugewendeten Fläche der Objektivlinse (47) hach innen erstreckt.

11. Optische Aufnehmervorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Phasenschiebermittel die Form eines vorstehenden Bereichs mit einer vorgegebenen Breite und Höhe besitzt, die von der dem Optikpfad-Steuermittel (32, 43, 34) zugewendeten Fläche der Objektivlinse (47) nach außen vorsteht.

12. Optische Aufnehmervorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Phasenschiebermittel die gleiche Krümmung wie die Objektivlinse (47) hat und mit der dem Optikpfad-Steuermittel (32, 43, 34) zugewendeten Fläche der Objektivlinse zu koppeln ist.

13. Optische Aufnehmervorrichtung nach Anspruch 1, die eine geringe Strukturgröße hat, in welcher eine der ersten oder zweiten Lichtarten (31, 40; 491, 31) entsprechend ausgewählt, und andere Komponenten konsistent immer dann eingesetzt werden, wenn von einem optischen Aufzeichnungsmedium zu dem anderen optischen Aufzeichnungsmedium gewechselt wird.

14. Optische Aufnehmervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der eine der Laserlichtquellen (491) und das optische Erfassungsmittel (493) als eine einzige Einheit (49) integriert sind.

15. Optische Aufnehmervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die weiter umfasst ein variables Aperturmittel (35), das zwischen dem Optikpfad-Steuermittel (32-34; 32, 43, 34) und dem Phasenschiebermittel (36; 47) eingesetzt ist mit einem größeren Bereich zum Durchlassen sowohl des ersten wie des zweiten Lichtes, das von dem Optikpfad-Steuermittel her eintritt, und einem zweiten Bereich zum Durchlassen nur des zweiten Lichtes, das von dort her eintritt, wobei der erste und der zweite Bereich die gleiche optische Achse wie die der Objektivlinse (36; 47) aufweisen.

16. Optische Aufnehmervorrichtung, die zur Verwendung mit mindestens zwei optischen Aufzeichnungsmedien ausgelegt ist, die unterschiedliche Abstände von einem optischen Aufnehmer zur Informationsaufzeichnungsfläche besitzen und Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen zum Aufzeichnen bzw. Lesen von Information benützen, wobei die optische Aufnehmervorrichtung umfasst:

Laserlichtquellen (31, 40; 31, 491) zum emittieren von erstem Licht mit einer relativ kürzeren Wellenlänge bzw. zweitem Licht mit einer relativ längeren Wellenlänge;

eine Objektivlinse (37, 47) mit einer vorgegebenen Brennweite, bei der der Brennpunkt der Objektivlinse (37, 47) für das erste Licht in Verwendung mit der Position der Informationsaufzeichnungsfläche in einem ersten optischen Aufzeichnungsmedium (8) einer ersten Art zusammenfällt, die im Gebrauch eine Informationsaufzeichnungsfläche mit einem ersten Absstand von der Objektivlinse besitzt;

optisches Erfassungsmittel (38, 39; 48, 493; 51, 53);

Mittel (32-34, 43, 34) zum Steuern eines optischen Pfads in der Weise, dass das von einer der Laserlichtquellen (31, 40; 31, 491) emittierte Licht zu der Objektivlinse (37, 47) gerichtet wird, und das von der Objektivlinse (37, 47) austretende Licht zu dem optischen Erfassungsmittel (38, 39; 48, 493, 51, 53) gerichtet wird; und

variables Aperturmittel (35), das zwischen das Optikpfad-Steuermittel (38, 39; 48, 493, 51, 53) und die Objektivlinse (37, 47) eingesetzt ist, mit einem ersten Bereich (3) zum. Durch lassen des ersten wie des zweiten Lichtes, das von dem Optikpfad-Steuermittel her eintritt, und einem zweiten Bereich (4) zum Durchlassen nur des ersten von dort eintretenden Lichts, wobei der erste und der zweite Bereich (3, 4) die gleiche optische Achse wie die Objektivlinse aufweisen,

wobei entweder das erste oder das zweite Licht entsprechend dem einzusetzenden optischen Aufzeichnungsmedium verwendet wird; und

die Objektivlinse (47) mindestens einen ringförmigen Schirmabschnitt (371) zum Abschirmen eines Teils des Lichts umfasst, das über den ersten Bereich durchgelassen wird.

17. Optische Aufnehmervorrichtung nach Anspruch 16, bei der der zweite Bereich (4) des variablen Aperturmittels (35) als eine Struktur mit Beugungsgittermuster aufgebaut ist.

18. Optische Aufnehmervorrichtung nach Anspruch 16, die weiter zwischen dem variablen Aperturmittel (35) und der Objektivlinse (37, 47) gelegenes Phasenschiebermittel (36) umfasst, zum Verschieben der Phase eines Teils des zweiten, sich von dem variablen Aperturmittel (35) zu der Objektivlinse (37, 47) ausbreitenden Lichts, um dadurch die Größe eines Strahlflecks zu verringern, der an der Position der Informationsaufzeichnungsfläche des zweiten optischen Aufzeichnungsmediums (9) durch das zweite mit der Objektivlinse fokussierte Licht gebildet wird, wobei die Informationsaufzeichnungsfläche hier weiter von der Objektivlinse (37, 47) weg positioniert ist.

19. Optische Aufnehmervorrichtung nach Anspruch 16, 17 oder 18, bei der das Phasenschiebermittel (36) und das variable Aperturmittel (35) als eine einzige Einheit aufgebaut ist, in der das Phasenschiebermittel innerhalb des ersten Bereichs des variablen Aperturmittels gebildet ist.