ITMI961993A1 - Lettore ottico - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo: "LETTORE OTTICO"

Sfondodell 'invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un lettore ottico per riprodurre e registrare informazioni da un disco ottico.

Un lettore ottico registra e riproduce informazioni quali dati video o audio su/da mezzi di registrazione, ad esempio dischi. Un disco ha una struttura tale che una superficie registrata con informazioni è formata su un substrato. Per esempio, il substrato può essere fatto di plastica o vetro. Al fine di leggere o scrivere informazioni da un disco ad alta densità, il diametro del punto ottico deve essere molto piccolo. A questo fine, l'apertura numerica di un obiettivo è generalmente fatta grande e viene usata una sorgente luminosa avente una lunghezza d'onda più piccola.

Tuttavia, in caso di uso di una sorgente luminosa di lunghezza d'onda più piccola e un obiettivo con grande apertura numerica (NA), la possibilità di inclinazione del disco rispetto all'asse ottico è ridotta. La possibilità di inclinazione del disco cosi ridotta può essere aumentata riducendo lo spessore del disco.

Assumendo che l'angolo di inclinazione del disco sia Θ, l'ampiezza del coefficiente di aberrazione coma W 3 1 essere ottenuta da:

dove d ed n rappresentano lo spessore e l'indice di rifrazione del disco, rispettivamente. Come si comprende dalla relazione sopra riportata, il coefficiente di aberrazione coma è proporzionale al cubo dell'apertura numerica (NA). Quindi, considerando che l'NA dell'obiettivo richiesto per dischi conpatti convenzionali (CD) è 0,45 e per un disco video digitale convenzionale o un disco versatile digitale (DVD) è 0,6 (per accogliere la densità di informazioni più alta), il DVD ha un coefficiente di aberrazione coma di circa 2,34 volte quello del CD avente lo stesso spessore per un dato angolo di inclinazione. Così, la massima possibilità di inclinazione del DVD è ridotta a circa la metà rispetto al CD convenzionale. Al fine di uniformare la massima possibilità di inclinazione del DVD a quella del CD, lo spessore d del DVD potrebbe essere ridotto.

Tuttavia, un tale disco a spessore ridotto adottante una sorgente luminosa a lunghezza d'onda più piccola (alta densità), ad esenpio un DVD, non può essere usato in un apparecchio di registrazione/riproduzione quale un lettore di dischi per il CDS convenzionale adottante una sorgente luminosa a lunghezza d'onda più lunga, perchè un disco avente uno spessore non standard viene influenzato da una aberrazione sferica ad un grado corrispondente alla differenza nello spessore del disco da quello di un disco normale. Se l'aberrazione sferica è estremamente aumentata, il punto luminoso formato sul disco non può avere l'intensità luminosa necessaria per registrare informazioni, il che impedisce che le informazioni vengano registrate in modo preciso. Ancora, durante la riproduzione delle informazioni, il rapporto segnale-rumore (S/N) è troppo basso per riprodurre le informazioni registrate esattamente.

Quindi, è necessario un lettore ottico adottante una sorgente luminosa avente una lunghezza d'onda piccola, ad esempio 650 nm, che è compatibile con dischi aventi differenti spessori, quali un CD o un DVD.

A questo scopo, è in corso la ricerca di apparecchi che possono riprodurre e registrare da/su almeno due tipi di dischi aventi differenti spessori con un unico dispositivo di lettura che addotta una sorgente di luce a lunghezza d'onda più corta. Lenti adottanti una combinazione di una lente ologramma e una lente rifrattiva sono state proposte, ad esempio, nel brevetto giapponese pubblicazione n. Hei 7-98431.

Le Figure 1 e 2 mostrano la messa a fuoco della luce diffratta di ordine zero e di primo ordine su dischi 3a e 3b aventi differenti spessori, rispettivamente. In ciascuna Figura, una lente ologramma 1, provvista di un profilo 11, e un obiettivo rifrattivo 2, sono previsti lungo il percorso della luce di fronte ai dischi 3a e 3b. Il profilo 11 diffrae un fascio di luce 4 proveniente da una sorgente luminosa {non mostrata) passante attraverso la lente ologramma 1, per separare così la luce passante in luce diffratta di primo ordine 41 e luce di ordine zero 40, ciascuna delle quali viene focalizzata su un differente punto sull'asse ottico con un'intensità differente dall'obiettivo 2. I due differenti punti focali sono gli appropriati punti focali sul disco più spesso 3b e sul disco più sottile 3a, rispettivamente, e consentono così le operazioni di lettura/scrittura di dati rispetto ai dischi aventi differenti spessori.

Tuttavia, usando un tale sistema di lenti, la separazione della luce in due fasce (cioè, la luce di ordine zero e del primo ordine) mediante la lente ologramma 1 abbassa l'efficienza di utilizzazione della luce effettivamente usata (riflessa e parzialmente diffratta due volte, primo ordine) a circa il 15%. Ancora, durante l'operazione di lettura, poiché le informazioni sono contenute in uno solo dei due fasci e il fascio che non trasporta informazioni viene verosimilmente rivelato come rumore. In più, la fabbricazione di ima tale lente ologramma richiede un processo ad alta precisione usato nell'incisione di un preciso disegno di ologramma che aumenta i costi di fabbricazione.

La Figura 3 è un diagramma schematico di un altro lettore ottico convenzionale come descritto nel brevetto U.S. n. 5.281.797. Questo lettore ottico comprende un diaframma variabile la per variare il diametro di apertura, in modo che i dati possano essere registrati su un disco a lunghezza d'onda più lunga nonché su un disco a lunghezza d'onda più corta, ma con i dischi aventi lo stesso spessore, e le informazioni possono essere riprodotte da essi. Il diaframma variabile la è installato tra l'obiettivo 2 e una lente collimatrice 5. Il diaframma variabile la controlla un fascio 4 emesso da una sorgente di luce 9 e trasmesso attraverso un suddivisore di fascio 6, regolando appropriatamente l'area della regione attraverso cui passa il fascio, cioè l'apertura numerica (NA). L'apertura diametrale del diaframma variabile la viene regolata in base alla dimensione del punto focalizzato sul disco da utilizzare e lascia passare sempre il raggio di luce 4a della regione centrale, ma lascia passare selettivamente o blocca il fascio 4b della regione periferica. Nella Figura 3, il numero di riferimento 3 indica un disco, il numero di riferimento 7 indica una lente focalizzatrice e il numero di riferimento 8 indica un fotorivelatore.

Nel dispositivo ottico avente la suddetta configurazione, se il diaframma variabile viene formato mediante un diaframma meccanico, le sue caratteristiche di risonanza strutturali cambiano in base all'effettiva apertura del diaframma. L1installazione del diaframma su un attuatore per comandare l'obiettivo diventa difficile nella pratica. Per risolvere questo problema, cristalli liquidi possono essere usati per formare il diaframma. Questo, tuttavia, impedisce notevolmente la miniaturizzazione del sistema, deteriora la resistenza al calore e la durata e aumenta i costi di fabbricazione.

Alternativamente, può essere previsto un obiettivo separato per ciascun disco, in modo da utilizzare un obiettivo specifico per un disco specifico. In questo caso, tuttavia, poiché è necessario un apparecchio di comando per cambiare le lenti, la configurazione diventa complessa e di conseguenza aumenta il costo di fabbricazione.

Sommario dell'invenzione

Un oggetto della presente invenzione è di fornire un lettore ottico che sia non costoso e fabbricabile facilmente.

Un altro scopo della presente invenzione è di fornire un lettore ottico la cui efficienza di utilizzazione della luce sia migliorata e che possa formare piccoli punti luminosi del fascio.

Per raggiungere gli scopi suddetti viene fornito un lettore ottico in accordo alla presente invenzione comprendente: una sorgente luminosa; un obiettivo previsto lungo un percorso luminoso dalla sorgente luminosa, rivolto verso un disco ed avente un predeterminato diametro effettivo; un elemento suddivisore di raggio previsto nel percorso luminoso tra i mezzi di controllo della luce e la sorgente luminosa; e un fotorivelatore per rivelare la luce riflessa dal disco e suddivisa dall'elemento suddivisore di raggio.

Breve descrizione dei disegni

Gli scopi e vantaggi suddetti della presente invenzione saranno più chiari dalla descrizione dettagliata di una sua realizzazione preferita con riferimento ai disegni annessi, in cui:

le Figure 1 e 2 sono diagrammi schematici di un lettore ottico convenzionale avente una lente ologramma, mostrante le posizioni dove un fascio luminoso viene focalizzato su un disco sottile e un disco spesso, rispettivamente ;

la Figura 3 è un diagramma schematico di un altro lettore ottico convenzionale ;

la Figura 4 è un diagramma schematico di un lettore ottico in accordo alla presente invenzione;

la Figura 5 è una vista in pianta di un fotorivelatore ad otto segmenti adottato per il lettore ottico in accordo alla presente invenzione;

le Figure 6-8 e 9-11 sono viste in pianta mostranti la distribuzione di ricezione luminosa del fotorivelatore ad otto segmenti, formata dalla posizione di un obiettivo rispetto ad un disco sottile e un disco spesso, rispettivamente; e

la Figura 12 è una curva di un segnale a fuoco ottenuto dal fotorivelatore ad otto segmenti mostrato in Figura 5.

Descrizione dettagliata dell'invenzione

Nella presente invenzione, tra i fasci di luce incidenti sul fotorivelatore, il fascio luminoso intorno all'asse centrale del percorso di avanzamento della luce, cioè la luce della regione intermedia tra le regioni vicina e lontana dall'asse (avente molte componenti di aberrazione sferica), viene bloccata o schermata, in modo che la luce avente meno componenti di aberrazione sferica raggiunga il fotorivelatore, stabilizzando così un segnale di fuoco. Quindi, un lettore di dischi compatibile con dischi aventi differenti spessori, ad esempio un disco compatto da 1,2 mm e un disco video digitale da 0,6 mm, viene facilmente fabbricato ad un basso costo.

la Figura 4 è un diagramma schematico di un lettore ottico in accordo alla presente invenzione, in cui vengono comparate le condizioni di focalizzazione della luce di un disco sottile e di un disco spesso.

Nella Figura 4, i numeri di riferimento 300a e 300b rappresentano un disco sottile (ad esempio disco video digitale da 0,6 mm) e un disco spesso (ad esempio disco compatto da 1,2 mm), rispettivamente.

Un obiettivo generale 200 viene posizionato di fronte al disco video digitale 300a o al disco compatto 300b. L'obiettivo 200 avente un predeterminato diametro effettivo focalizza una luce incidente 400 proveniente da una sorgente luminosa 900 sul disco 300a o 300b, o riceve la luce riflessa dal disco 300a o 300b. Un suddivisore di fascio 700 per riflettere la luce proveniente dalla sorgente luminosa 900 nell'obiettivo 200 e trasmettere la luce riflessa 300a o 300b, è previsto tra l'obiettivo 200 e la sorgente luminosa 900. Secondo una caratteristica della presente invenzione, un fotorivelatore 820 è previsto in corrispondenza della parte posteriore della lente rivelatrice 800.

Il fotorivelatore 820 ha le seguenti caratteristiche strutturali. Il fotorivelatore 820 è quadrato in termini di struttura complessiva. Una prima regione di rivelazione 821, divisa in quattro parti, è posizionata nel centro e una seconda regione di rivelazione 822 divisa in quattro parti, è prevista intorno alla prima regione di rivelazione 821. La prima regione di rivelazione 821 comprende quattro elementi quadrati di rivelazione della luce Al, Bl, CI e DI e la seconda regione di rivelazione di luce 822 comprende quattro elementi di rivelazione di luce sagomati ad L A2, B2, C2 e D2.

La prima regione di rivelazione 821 è larga abbastanza per abbracciare tutti i fasci di luce incidente quando l'obiettivo 200 è in uno stato a fuoco rispetto al disco sottile (disco video digitale) 300a. La seconda regione di rivelazione 822 riceve la luce corrispondente alla regione estesa da un astigmatismo quando l'obiettivo 200 è fuori fuoco.

Particolarmente, quando l'obiettivo 200 è a fuoco rispetto al disco spesso 300b, la seconda regione di rivelazione 822 è larga quanto un quadrato esterno tirato tangenzialmente rispetto alla regione di luce distribuita. Ciò sarà descritto con riferimento alle Figure da 6 a 12 per una migliore comprensione.

La Figura 6 mostra la distribuzione della luce quando l'obiettivo 200 è esattamente a fuoco rispetto al disco sottile 300a. La seconda regione di rivelazione 822 è internamente tangente alla regione di distribuzione della luce 820c.

la Figura 7 mostra la distribuzione della luce quando l'obiettivo 200 è in una condizione lontana dalla messa a fuoco rispetto al disco sottile 300a. A questo punto, come mostrato in Figura 7, la regione di distribuzione della luce 820b è allungata orizzontalmente, cioè attraverso gli elementi orizzontali di ricevimento della luce B2, Bl, Al, Cl, DI e D2.

la Figura 8 mostra la distribuzione della luce quando l'obiettivo è in una condizione vicina alla messa a fuoco rispetto al disco sottile 300a. In questa condizione, come mostrato in Figura 8, la regione di distribuzione della luce 820c è allungata verticalmente, cioè, attraverso gli elementi verticali di ricezione della luce A2, Al, Bl, DI, a e C2.

Come mostrato in Figura 9, quando l'obiettivo 200 è esattamente a fuoco rispetto al disco spesso 300b, la regione di distribuzione della luce 820d è internamente tangente alla seconda regione di rivelazione 822.

Come mostrato in Figura 10, quando l'obiettivo 200 è in una condizione vicina alla messa a fuoco rispetto al disco spesso 300b, la regione di distribuzione della luce 820d è allungata orizzontalmente, cioè attraverso gli elementi orizzontali riceventi la luce B2, Bl, Al, Cl, DI e D2.

Come mostrato in Figura 11, quando l'obiettivo 200 è in una condizione vicina alla messa a fuoco rispetto al disco spesso 300b, la regione di distribuzione della luce 820e è verticalmente allungata, cioè attraverso gli elementi verticali riceventi la luce A2, Al, Bl, DI, CI e C2.

Come descritto sopra, in accordo alla presente invenzione, solo la luce vicina all'asse avente piccola aberrazione sferica raggiunge la prima regione di rivelazione 821.

Nell'azionamento del lettore in accordo alla presente invenzione, quando vengono riprodotte o registrate informazioni da un disco (disco video digitale) 300a, vengono utilizzati segnali generati sia dalla prima che dalla seconda regione di rivelazione 821 e 822. Così, quando si usa il disco sottile, il segnale di errore di messa a fuoco è A1+A2+C1+C2-B1-B2-D1-D2 . Quando vengono riprodotte o registrate informazioni da un disco spesso, viene usato solo il segnale dalla prima regione di rivelazione 821. Così, quando si usa il disco spesso, il segnale di errore di messa a fuoco è A1+C1-B1-D1.

la Figura 12 è una curva per comparare i segnali di messa a fuoco SI ed S2 ottenuti dal segnale rivelato dalla seconda regione di rivelazione 822 avente larghezze di 60 p e 90 p , rispettivamente, con un segnale di messa a fuoco S3 ottenuto da tutti i segnali rivelati dalla prima e seconda regione di rivelazione 821 e 822 avente una larghezza di 160 μm quando è usato il disco spesso. Conseguentemente, nel caso dell'uso del disco spesso 300b, quando si usa la prima regione di rivelazione 821, può essere ottenuto un segnale di messa a fuoco SI, più stabile, comparato al caso in cui vengono usate sia la prima che la seconda regione di rivelazione 821 e 822. Ancora, quando è usato il disco spesso, la luce lontana dall’asse avente grande aberrazione sferica, è fatta per essere ampiamente distribuita nella seconda regione di rivelazione 822. Così, il segnale di messa a fuoco viene incrementato e può essere mantenuta la simmetria per la direzione di focalizzazione.

Come sopra descritto, con il lettore ottico della presente invenzione, al fine di leggere informazioni da almeno due tipi di dischi aventi differenti spessori, vengono usati un film di controllo della luce e un fotorivelatore ad otto segmenti, in modo che solo la luce vicina all'asse viene ricevuta nel fotorivelatore quando le informazioni vengono lette dal disco spesso, e la luce vicina e lontana dall’asse viene ricevuta nel fotorivelatore quando le informazioni vengono lette dal disco sottile. Il fotorivelatore è diviso in otto parti e ciascuna regione di rivelazione è suddivisa in quattro parti. Il numero di parti divise può essere aumentato secondo necessità. Facendo ciò, quando viene usato il disco spesso, viene ottenuto un segnale corrispondente alla regione vicina all'asse. Quando viene usato un disco sottile, viene ottenuto un segnale relativamente stabile corrispondente ad entrambe le regioni, cioè le regioni vicina e lontana dall'asse.

Come sopra descritto, il lettore ottico in accordo alla presente invenzione adotta un mezzo di bloccaggio o di diffusione che è semplice e facile da fabbricare, ad esempio un film di controllo della luce formato su un elemento trasparente o una scanalatura di bloccaggio di diffusione della luce formata su un obiettivo, mentre un lettore ottico convenzionale adotta lenti ologramma complesse e costose. Ancora, poiché la luce è usata senza essere separata da una lente ologramma, il lettore ottico in accordo alla presente invenzione ha una efficienza di utilizzazione della luce migliorata.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un lettore ottico comprendente: una sorgente luminosa; un obiettivo previsto lungo il percorso della luce proveniente da detta sorgente luminosa, rivolto verso il piano di un disco e avente un predeterminato diametro effettivo; un suddivisore di raggio previsto tra detto obiettivo e detta sorgente luminosa; e un fotorivelatore per rivelare la luce divisa da detto suddivisore di raggio e riflessa da detto disco, in cui detto fotorivelatore ha una prima regione di rivelazione e una seconda regione di rivelazione prevista nella porzione periferica di detta prima regione di rivelazione.
2. 2. Lettore ottico secondo la rivendicazione 1, in cui detta prima regione di rivelazione è grande abbastanza per racchiudere la luce incidente delle regioni vicina e lontana dall'asse quando viene usato un disco sottile.
3. 3. Lettore ottico secondo la rivendicazione 2, in cui dette prima e seconda regione di rivelazione di detto fotorivelatore sono divise ciascuna in quattro parti.
4. 4. Lettore ottico secondo la rivendicazione 1, in cui detto fotorivelatore è quadrato.
5. 5. Lettore ottico secondo la rivendicazione 2, in cui detto fotorivelatore è quadrato.
6. 6. Lettore ottico secondo la rivendicazione 3, in cui detto fotorivelatore è quadrato.