PL181540B1

PL181540B1 - Lens instrument and optical converting device employing such lens instrument

Info

Publication number: PL181540B1
Application number: PL96320061A
Authority: PL
Inventors: Chul W Lee; Dong H Shin; Kyung H Rim; Chong S Chung; Kun H Cho; Pyong Y Seong; Jang H Yoo; Yong H Lee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1995-08-30
Filing date: 1996-08-28
Publication date: 2001-08-31
Also published as: EP0806039A1; AU694377B2; ES2175119T3; CA2202288A1; ATE428171T1; CN1172206C; WO1997008691A1; AU6756796A; BR9606608A; HK1004700A1; CZ291052B6; DE69621227D1; CZ128197A3; CN1362630A; CN1378205A; CZ9801362A3; MX9702900A; DE69637896D1; CN1378206A; CN100412963C

Abstract

1 . Urzadzenie przetwornikowe optyczne z przyrzadem soczewkowym, zawierajace zródlo swiatla, obiektyw skie- rowany do jednego z wielu optycznych nosników pamiecio- wych, który jest umieszczony w urzadzeniu optycznym, fotokomórke do detekcji swiatla odbitego od optycznego no- snika pamieciowego, do którego jest skierowany obiektyw, i uklad rozszczepiajacy wiazke, umieszczony pomiedzy obiektywem i zródlem swiatla, do przesylania/odbijania swiatla ze zródla swiatla w kierunku obiektywu i do odbi- jania/przesylania swiatla odbitego od optycznego nosni- ka pamieciowego, do którego jest skierowany obiektyw, w kierunku fotokomórki, znamienne tym, ze obiektyw (200, 200', 200") ma obszar przepuszczajacy swiatlo w kie- runku fotokomórki (800,810), podzielony na obszary bliski, posredni 1 daleki, odpowiadajace bliskiemu obszarowi osio- wemu, posredniemu obszarowi osiowemu i dalekiemu ob- szarowi osiowemu swiatla padajacego, a jedna z wielu czesci obiektywu (200,200', 200'') jest przystosowana do ognisko- wania swiatla na jednym optycznym nosniku pamieciowym (300,300a, 300b) dowolnego typu, do którego jest skierowa- ny obiektyw (200, 200', 200"). PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie przetwornikowe optyczne z przyrządem soczewkowym.

Znane jest urządzenie przetwornikowe optyczne, które zapisuje i odtwarza informację taką, jak dane wizyjne lub akustyczne nośnika informacji, na przykład dysków. Dysk ma taką strukturę, że na podłożu jest wytwarzana powierzchnia zapisująca informację. Dla przykładu, podłoże jest wykonane z tworzywa sztucznego lub szkła. W celu odczytu lub zapisu informacji dysku o dużej gęstości zapisu, średnica optycznego elementu analizującego jest bardzo mała. W tym celu aparatura liczbowa obiektywu jest zwykle duża i jest zastosowane źródło światła o krótszej długości fali. Jednak w przypadku zastosowania źródła światła o krótszej długości fali, zmniejszony jest luz przechyłu dysku względem osi optycznej, który jest zwiększony przez zmniejszenie grubości dysku.

Zakładając, że kąt przechyłu dysku jest Θ, wielkość współczynnika aberracji koma W₃₁otrzymuje się z równania:

n²(n² - 1) sin Θ cos Θ < (n²-sin²0)² ,

NA³

181 540 gdzie d i n reprezentują grubość i współczynnik załamania dysku. Współczynnik aberracji koma jest więc proporcjonalny do trzeciej potęgi apertury liczbowej NA. Zakładając, że NA obiektywu wymaganego dla konwencjonalnego dysku kompaktowego wynosi 0,45 i dla konwencjonalnego dysku cyfrowego wizyjnego, czy uniwersalnego dysku cyfrowego wynosi 0,6 dla akomodacji większej gęstości informacji, dysk cyfrowy ma współczynnik aberracji koma około 2,34 razy większy niż dysk kompaktowy mający taką samą grubość dla danego kąta przechyłu. Maksymalny luz przechyłu dla dysku cyfrowego jest więc zmniejszony do około połowy względem konwencjonalnego dysku kompaktowego. W celu uzgodnienia maksymalnego luzu przechyłu dysku cyfrowego i dysku kompaktowego, grubość dysku cyfrowego może być zmniejszona.

Jednak taki dysk o zmniejszonej grubości, wykorzystujący źródło światła o mniejszej długości fali i większej gęstości, naprzykład dysk cyfrowy, nie może być zastosowany w urządzeniu zapisującym-odtwarzającym, takim jak napęd dysku dla konwencjonalnych dysków kompaktowych, wykorzystujących źródło światła o większej długości fali, ponieważ dysk mający niestandardową grubość podlega aberracji sferycznej w stopniu odpowiadającym różnicy grubości tego dysku i normalnego dysku. Jeżeli aberracja sferyczna jest bardzo zwiększona, plamka wytworzona na dysku nie może mieć natężenia światła potrzebnego do zapisu informacji, co zapobiega dokładnemu zapisowi informacji. Również podczas odtwarzania informacji, stosunek sygnału do szumu S/N jest za mały do dokładnego odtwarzania zapisanej informacji. Istnieje więc zapotrzebowanie na urządzenie przetwornikowe optyczne, wykorzystujące źródło światła o małej długości fali, na przykład 650 nm, które jest właściwe dla dysków mających różne grubości, takich jak dyski kompaktowe i dyski cyfrowe.

W tym celu są przeprowadzane badania nad urządzeniami zdolnymi do zapisu-odtwarzania informacji na każdym z dwóch rodzajów dysków mających różne grubości, z pojedynczym urządzeniem przetwornikowym optycznym i wykorzystujących źródło światła o mniejszej długości fali.

Znane są na przykład z japońskiej publikacji patentowej nr Hei 7-98431 urządzenia soczewkowe wykorzystujące kombinację soczewek hologramowych i soczewek załamujących.

Znane jest ogniskowanie światła poddanego dyfrakcji zerowego rzędu i pierwszego rzędu na dyskach. Soczewka hologramowa zaopatrzona we wzór i soczewka załamująca są ustawione wzdłuż toru światła z przodu dysków. Wzór powoduje dyfrakcję wiązki świetlnej ze źródła światła, przechodzącej przez soczewkę hologramową, dla rozdzielania przechodzącego światła na światło poddane dyfrakcji pierwszego rzędu i światło zerowego rzędu, z których każde jest ogniskowane w innym punkcie na osi optycznej, z różnym natężeniem, przez obiektyw. Dwa różne punkty ogniskowe są właściwymi punktami ogniskowymi na grubszym dysku i cieńszym dysku oraz umożliwiająoperacje odczytu-zapisu danych względem dysków mających różne grubości.

Przy zastosowaniu takiego układu soczewkowego, rozdzielenie światła na dwie wiązki, to jest światła zerowego rzędu i pierwszego rzędu, przez soczewkę hologramową obniża skuteczność wykorzystania światła rzeczywiście stosowanego, odbijanego i częściowo poddawanego dwa razy dyfrakcji pierwszego rzędu, do około 15%. Również podczas operacji odczytu, jeżeli informacja jest przenoszona jedną z wiązek, podczas gdy druga wiązka nie przenosi żadnej informacji, wiązka, która nie przenosi żadnej informacji, jest wykrywana jako szum. Ponadto produkcja takiej soczewki hologramowej wymaga procesu w dużej dokładności, stosowanego przy wytrawianiu dokładnego wzoru hologramowego, co komplikuje produkcję.

Znane jest także z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5 281 797 urządzenie przetwornikowe optyczne, zawierające zmiennądiafragmę do zmiany średnicy apertury, tak że dane są zapisywane na dysku o większej długości fali, jak również na dysku o mniejszej długości fali, przy czym dyski mają taką samą grubość, a informacja jest z nich odtwarzana. Zmienna diafragmajest umieszczona pomiędzy obiektywem i soczewką kolimacyjnąoraz steruje wiązką emitowaną ze źródła światła i przesyłanąprzez element rozszczepiający wiązkę, przez właściwą regulację obszaru przepuszczającego wiązkę, to jest apertury liczbowej. Apertura średnicowa zmiennej diafragmy jest regulowana zgodnie z wymiarem plamki wymaganym przez

181 540 stosowany dysk i zawsze przechodzi przez pierścieniową wiązkę obszaru środkowego, natomiast selektywnie przechodzi lub blokuje wiązkę obszaru obwodowego.

W urządzeniu przetwornikowym optycznym mającym powyższą konfigurację, jeżeli zmienna diafragma jest utworzona przez diafragmę mechaniczną, jej charakterystyka rezonansu mechanicznego zmienia się w zależności od skutecznej apertury diafragmy. Umieszczenie diafragmy na urządzeniu uruchamiającym do napędzania obiektywu staje się trudne w praktyce. W celu rozwiązania tego problemu stosuje się do wykonania diafragmy ciekłe kryształy, co znacznie pogarsza miniaturyzację układu oraz zmniejsza wytrzymałość cieplną i trwałość.

Znane jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5 496 995 rozwiązanie, w którym płytka fazowa jest umieszczona w torze światła obiektywu oraz tworzy pierwsze i drugie źródło światła o różnych fazach, tak że amplitudy poprzecznych boków głównego płata obrazu pierwszego źródła światła są kasowane przez amplitudę głównego płata obrazu drugiego źródła światła w wyniku nałożenia. W jednym przykładzie wykonania nieprzezroczystego pierścienie rozdzielają rowki o różnej głębokości, a rowki zapewniają różnicę faz. Rozwiązanie to wymaga dokładnego sterowania, na przykład głębokością rowków i amplitudami światła dla wytworzenia właściwej zmiany fazy i kasowania płata. Znane jest rozwiązanie z oddzielnym obiektywem dla każdego dysku, tak że dany obiektyw jest stosowany dla danego dysku. Jednak w tym przypadku jest potrzebne urządzenie napędowe do zmiany soczewek, co komplikuje konstrukcję.

W urządzeniu według wynalazku obiektyw ma obszar przepuszczający światło w kierunku fotokomórki, podzielony na obszary bliski, pośredni i daleki, odpowiadające bliskiemu obszarowi osiowemu, pośredniemu obszarowi osiowemu i dalekiemu obszarowi osiowemu światła padającego, a jedna z wielu części obiektywu jest przystosowana do ogniskowania światła na jednym optycznym nośniku pamięciowym dowolnego typu, do którego jest skierowany obiektyw.

Korzystnie, obszar pośredni obiektywu jest obszarem blokowania światła w obszarze pośrednim toru świetlnego.

Korzystnie, obszar pośredni obiektywu jest obszarem rozpraszania światła w obszarze pośrednim toru świetlnego.

Korzystnie, obszar pośredni obiektywu jest obszarem dyfrakcji światła w obszarze pośrednim toru świetlnego.

Korzystnie, obszar pośredni obiektywu jest obszarem pochłaniania światła w obszarze pośrednim toru świetlnego.

Korzystnie, obszar pośredni obiektywu jest obszarem odbijania światła w obszarze pośrednim toru świetlnego.

Korzystnie, obszar pośredni obiektywu jest obszarem przekazywania światła w obszarze pośrednim toru świetlnego w kierunku niezgodnym ze strefą ogniskowania.

Korzystnie, obszar pośredni obiektywu jest obszarem załamania światła w obszarze pośrednim toru świetlnego w kierunku od strefy ogniskowania.

Korzystnie, obszar pośredni obiektywu jest obszarem zapobiegania osiąganiu strefy ogniskowania przez światło w obszarze pośrednim toru świetlnego.

Korzystnie, obszar pośredni obiektywu zawiera co najmniej jednąnieregulamość powierzchni o wstępnie określonym wzorze.

Korzystnie, nieregulamość powierzchni zawiera rowek mający ścianę boczną o wstępnie określonym nachyleniu względem osi toru świetlnego.

Korzystnie, rowek ma kształt litery V.

Korzystnie, rowek ma równoległe boki i soczewka jest płaską soczewką.

Korzystnie, co najmniej jedna nieregulamość powierzchni zawiera wystające żebro w kształcie klina.

Korzystnie, co najmniej jedna nieregulamość powierzchni zawiera chropowatąpowierzchnię.

Korzystnie, nieregulamość powierzchni zawiera siatkę dyfrakcyjną do dyfrakcji światła w pośrednim obszarze toru świetlnego w kierunku od strefy ogniskowania.

181 540

Korzystnie, obiektyw ma powierzchnię załamującą.

Korzystnie, obiektyw jest soczewką dyfrakcyjną.

Korzystnie, obiektyw jest płaską soczewką.

Korzystnie, fotokomórka zawiera pierwszy obszar do odbioru jedynie światła w bliskim obszarze osiowym, odbijanego od stosunkowo grubszego dysku, drugi obszar do odbioru światła, otaczający pierwszy obszar do odbioru światła, przy czym pierwszy i drugi obszary do odbioru światła są przystosowane do odbioru światła, zarówno w bliskim jak i dalekim obszarze osiowym, odbijanego od stosunkowo cienkiego dysku.

Korzystnie, każdy spośród pierwszego i drugiego obszaru do odbioru światła fotokomórki zawiera segmenty podzielone na kwadranty.

Korzystnie, co najmniej jedna nieregulamość powierzchni o wstępnie określonym wzorze jest utworzona na co najmniej jednej powierzchni soczewki.

Korzystnie, obszar pośredni jest określony przez grubość dysku.

Korzystnie, optyczny nośnik pamięciowy jest typu dysku cyfrowego lub dysku kompaktowego.

Korzystnie, optyczny nośnik pamięciowy ma grubość 0,6 ±0,1 mm lub 1,2 ± 0,1 mm.

Korzystnie, optyczny nośnik pamięciowy jest wykonany ze szkła lub tworzywa sztucznego.

Korzystnie, bliski obszar osiowy i daleki obszar osiowy są określone przez wielkość aberracji optycznej.

Korzystnie, optyczny nośnik pamięciowy jest typu mającego różną grubość.

Zaletą wynalazku jest zapewnienie urządzenia przetwornikowego optycznego z przyrządem soczewkowym, który jest łatwo wytwarzany i skuteczny w działaniu. Wynalazek umożliwia rozróżnianie dysków mających różną grubość i odtwarzanie-zapisywanie informacji dysków. Wynalazek zapewnia obiektyw, którego skuteczność wykorzystania światła jest zwiększona i który tworzy plamki o zmniejszonej aberracji.

Przyrząd soczewkowy według wynalazku stosuje elementy blokujące światło lub rozpraszające, które sąproste i łatwe do produkcji, zamiast złożonej i drogiej soczewki hologramowej. Przyrząd soczewkowy ma większą skuteczność wykorzystania światła niż przyrząd konwencjonalny, ponieważ światło jest stosowane bez rozdzielania przez soczewkę hologramową. Wydajność zapisu i odtwarzania informacji sązwiększone, ponieważ jest tworzona bardzo mała plamka wiązki. Bardzo prosty jest montaż i regulacja urządzenia przetwornikowego optycznego, wykorzystującego przyrząd soczewkowy, ponieważ przyrząd soczewkowy z elementami blokującymi, załamującymi, poddającymi dyfrakcji lub rozpraszającymi światło ma pojedynczy obiektyw. Sygnał, który rozróżnia rodzaj dysku, jest zawsze otrzymywany bez względu na grubość dysków, więc nie jest wymagane stosowanie dodatkowych elementów do rozróżniania rodzaju dysku. Może być zmienione położenie względne dysków w torze światła, przez co zmienia się wzór plamek i w wyniku tego szczegóły różnych sposobów wykorzystujących przetwarzane elektronicznie wzory plamek.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 i 2 przedstawiają schematy konwencjonalnego urządzenia przetwornikowego optycznego, mającego soczewkę hologramową, pokazujące stany, w których wiązka świetlnajest skupiana na cienkim dysku i grubym dysku, fig. 3 - schemat innego konwencjonalnego urządzenia przetwornikowego optycznego, fig. 4 i 5 - stany, w których wiązka świetlnajest skupiona na cienkim dysku i grubszym dysku przez wspólny obiektyw, bez użycia soczewki hologramowej, fig. 6A wykres pokazujący zmianę wymiarów plamki w przypadkach, gdy obiektyw według wynalazku jest wykorzystywany i nie jest wykorzystywany, fig. 6B - powiększony widok części A z fig. 6A, fig. 7A - schemat urządzenia przetwornikowego optycznego według wynalazku, pokazujący stany, w których wiązka świetlnajest skupiona na dwóch dyskach o różnych grubościach, fig. 7B i 7C - powiększone widoki punktów ogniskowania, pokazane na fig. 7 A dla cienkich dysków i grubych dysków, fig. 8 - widok perspektywiczny obiektywu urządzenia przetwornikowego optycznego z fig. 7A, według wynalazku, fig. 9 - schemat obiektywu według wynalazku, wykorzystywanego dla urządzenia przetwornikowego optycznego z fig. 7A, pokazujący stan, w którym wiązka świetlnajest skupiona na dysku, fig. 10 A - widok w przekroju obiektywu maj ącego na po

181 540 wierzchni warstwę sterującą światłem, według innego przyrządu wykonania wynalazku, fig. 10B widok w przekroju obiektywu według jeszcze innego przykładu wykonania wynalazku, fig. 11widok z góry obiektywu mającego kwadratowy rowek sterujący światłem, według innego przykładu wykonania wynalazku, fig. 12A - schemat obiektywu według innego przykładu wykonania wynalazku, pokazujący stan, w którym światło jest skupiane na dysku, fig. 12B - widok w przekroju poprzecznym obiektywu według jeszcze innego przykładu wykonania wynalazku, fig. 13-widok perspektywiczny obiektywu z fig. 12A, fig. 14Ai 14B-widok z góry i widok częściowo powiększony obiektywu z fig. 12A, fig. 15A - widok z boku formy do wytwarzania obiektywu według wynalazku, fig. 15B - widok z góry, pokazujący wnętrze podstawy formy z fig. 15 A, fig. 15C - widok z boku formy do wytwarzania obiektywu według innego przykładu wykonania wynalazku, fig. 15D - widok z góry, pokazujący wnętrze dolnej części formy z fig. 15C, fig. 15E, 15F i 15G-powiększone widoki części K z fig. 15C, ilustrujące różne przykłady wykonania wynalazku,fig. 15H i 151-proces wytwarzania obiektywu według wynalazku, fig. 15J - widok z boku obiektywu wytwarzanego w procesie z fig. 15H i 151, fig. 16 - widok z góry obiektywu według jeszcze innego przykładu wykonania wynalazku, fig. 17 i 18 - schematy obiektywu według jeszcze innego przykładu wykonania wynalazku, pokazujące stany, w których wiązka świetlnajest skupiona przez płaską soczewkę na dwóch dyskach o różnych grubościach, fig. 19 i 20 - trójwymiarowe plamki pokazujące stany, w których światło jest skupiane na grubym dysku i cienkim dysku, przez urządzenie przetwornikowe optyczne według wynalazku, fig. 21 i 22 - widoki z góry każdej fotokomórki w przypadku użycia grubego dysku i cienkiego dysku w urządzeniu przetwornikowym optycznym według wynalazku, pokazujące stany, w których światło pada na fotokomórkę z dysku o grubości 1,2 mm i z dysku o grubości 0,6 mm, fig. 23 - widok z góry ośmiosegmentowej fotokomórki wykorzystywanej do urządzenia przetwornikowego optycznego według wynalazku, fig. 24-26 i 27-29 - widoki z góry, pokazujące obszary odbierające światło, utworzone na ośmiosegmentowej fotokomórce w wyniku ustawienia obiektywu względem cienkiego dysku i grubego dysku, fig. 30 - sygnały ogniskowania otrzymywane z ośmiosegmentowej fotokomórki z fig. 23, fig. 31 - wykres do porównania zmiany sygnałów ogniskowania wykrywanych przez fotokomórkę w urządzeniu przetwornikowym optycznym według wynalazku, wykorzystującym dwa dyski mające różne grubości, fig. 32 - sieć działań pokazującą sekwencję napędzania urządzenia przetwornikowego optycznego według wynalazku, fig. 33 położenie, w którym sygnał ogniskowania jest pokazany na wykresie prądu w funkcji czasu, zależnie od zmian prądu ogniskowania, w sieci działań z fig. 32, fig. 34 i 35 - wykresy prądu w funkcji czasu, porównujące sygnał ogniskowania z pierwszą i drugą wartością odniesienia stosowaną w sieci działań z fig. 32 i fig. 36 - schemat blokowy korektora cyfrowego stosowanego w urządzeniu przetwornikowym optycznym według wynalazku.

Figury 1 i2przedstawiająogniskowanie światła poddanego dyfrakcji zerowego rzędu i pierwszego rzędu na dyskach 3a i 3b. Soczewka hologramowa 1 zaopatrzona we wzór 11 i soczewka załamująca 2 są ustawione wzdłuż toru światła z przodu dysków 3a i 3b. Wzór 11 powoduje dyfrakcję wiązki świetlnej 4 ze źródła światła (nie pokazanego), przechodzącej przez soczewkę hologramową 1, dla rozdzielenia przechodzącego światła na światło 41 poddane dyfrakcji pierwszego rzędu i światło 40 zerowego rzędu, z których każde jest ogniskowane w innym punkcie na osi optycznej, z różnym natężeniem, przez obiektyw 2. Dwa różne punkty ogniskowe są właściwymi punktami ogniskowymi na grubszym dysku 3b i cieńszym dysku 3a i umożliwiają operacje odczytu-zapisu danych względem dysków mających różne grubości.

Jednak przy zastosowaniu takiego układu soczewkowego, rozdzielenie światła na dwie wiązki, to jest światła zerowego rzędu i pierwszego rzędu, przez soczewkę hologramową 1 obniża skuteczność wykorzystania światła rzeczywiście stosowanego, odbijanego i częściowo poddawanego dwa razy dyfrakcji pierwszego rzędu, do około 15%. Również podczas operacji odczytu, jeżeli informacja jest przenoszona jedną z wiązek, podczas gdy druga wiązka nie przenosi żadnej informacji, wiązka, którą nie przenosi żadnej informacji, jest wykrywana jako szum. Ponadto produkcja takiej soczewki hologramowej wymaga procesu o dużej dokładności, stosowanego przy wytrawianiu dokładnego wzoru hologramowego, co komplikuje produkcję.

181 540

Figura 3 jest schematem innego konwencjonalnego urządzenia przetwornikowego optycznego, które zawiera zmienną diafragmę lado zmiany średnicy apertury, tak że dane są zapisywane na dysku o większej długości fali, jak również na dysku o mniejszej długości fali, przy czym dyski mają taką samą grubość, a informacja jest z nich odtwarzana. Zmienna diafragma la jest umieszczona pomiędzy obiektywem 2 i soczewką kolimacyjną 5 oraz steruje wiązką świetlną 4 emitowaną ze źródła światła 9 i transmitowaną przez element rozszczepiający 6 wiązkę, przez właściwąregulację obszaru przepuszczającego wiązkę, to jest apertury liczbowej. Apertura średnicowa zmiennej diafragmy la jest regulowana zgodnie z wymiarem plamki wymaganym przez stosowany dysk i zawsze przechodzi przez pierścieniową wiązkę świetlną 4a obszaru środkowego, natomiast selektywnie przechodzi lub blokuje wiązkę świetlną4b obszaru obwodowego. Fig. 3 pokazuje soczewkę skupiającą? i fotokomórkę 8.

Światło w obszarze pośrednim wokół osi w środku toru przebiegu światła jest blokowane lub ekranowane. Obszar pośredni jest umieszczony pomiędzy obszarem bliskim osi czyli bliskim obszarem osiowym i obszarem dalszym od osi czyli dalekim obszarem osiowym. Blokowanie światła w obszarze pośrednim umożliwia tworzenie przez światło z bliskiego i dalekiego obszaru osiowego małej plamki świetlnej, przy zmniejszaniu do minimum płatów bocznych wokół plamki świetlnej utworzonej w strefie ogniskowania soczewki przez stłumienie interferencji innego światła występującego w obszarze pośrednim.

Bliski obszar osiowy reprezentuje obszar wokół osi środkowej soczewki, to jest osi optycznej mającej pomijalnąaberrację i skupiającej w obszarze sąsiednim względem parosiowego punktu ogniskowania. Daleki obszar osiowy reprezentuje obszar, który jest stosunkowo dalej od osi optycznej niż bliski obszar osiowy i tworzy obszar ogniskowania sąsiedni względem obszaru marginesowego. Obszar pośredni jest obszarem pomiędzy bliskim obszarem osiowym i dalekim obszarem osiowym.

Alternatywnie bliski obszar osiowy i daleki obszar osiowy są określane przez wielkość aberracji optycznej w grubym dysku. Obiektyw ma bardzo małą aberrację optyczną, na przykład aberrację sferyczną, koma, dystorsję i tak dalej. Ogólnie obiektyw ma średnią aberrację poniżej około 0,04 λ, gdzie λ oznacza długość fali światła przekazywanego do soczewki, w celu użycia w urządzeniu przetwornikowym optycznym. Obiektyw, mający aberrację optyczną większą niż 0,07 λ, jest uważany za niedopuszczalny do zastosowania w urządzeniu przetwornikowym optycznym. Gdy grubość dysku wzrasta, aberracja optyczna wzrasta. Jeżeli obiektyw, mający aberrację optyczną poniżej 0,04 λ, jest stosowany do wstępnie określonego lub cienkiego dysku, na przykład dysku cyfrowego, wytwarza dużą aberracje optyczną, głównie aberrację sferyczną dla grubszego dysku, na przykład dysku kompaktowego.

Na fig. 5 jest przedstawione, że pojawia się niepożądane światło obwodowe w części B, gdy aberracja optyczna jest pomiędzy 0,04λ i 0,07 λ. W celu kompensacji dużej aberracji optycznej w grubym dysku, określany jest bliski obszar osiowy, w którym aberracja optyczna jest poniżej 0,04 λ, a także daleki obszar osiowy, w którym aberracja optyczna jest większa od 0,07 λ. Obszar pośredni jest określany pomiędzy 0,04 λ i 0,07 λ w celu tłumienia interferencji powodowanej przez aberrację sferyczną.

W tym celu w obszarze pośrednim pomiędzy bliskim i dalekim obszarem osiowym wzdłuż toru padającego światła sązastosowane elementy sterujące światłem o kształcie pierścieniowym lub kształcie wielobocznym, takim jak kształt prostokątny do blokowania lub rozpraszania światła. Wykorzystywany jest fakt, że światło dalekiego obszaru osiowego nie oddziałuje na środkową część plamki świetlnej, natomiast takie oddziaływanie ma światło obszaru pośredniego pomiędzy bliskim i dalekim obszarem osiowym.

Figura 4 pokazuje stan, w którym światło mające długość fali 650 nm, jest skupiane na dysku mającym grubość 0,6 ± 0,1 mm i współczynnik załamania 1,5, przez obiektyw mający współczynnik załamania 1,505. Plamka świetlna ma średnicę 0,85 pm w punkcie 1 /e² przy -13% natężenia światła.

Figura 5 pokazuje stan, w którym światło jest skupiane na dysku mającym grubość

1,2 ± 0,1 mm w takich samych warunkach, jak powyżej. Światło plamki, która ma średnicę 2 pm,

181 540 jest w pewnym stopniu skupiane w części środkowej A, lecz jest także skupiane w innych częściach B. Wówczas natężenie światła w innych częściach B wynosi 5-10% natężenia światła w części środkowej A. To jest spowodowane tym, że światło, które pada na obszar daleki od osi optycznej, podlega wpływowi aberracji sferycznej, której stopień zależy od różnych grubości dysków.

Plamka świetlna utworzona na grubym dysku jest większa niż utworzona na cienkim dysku, co jest związane z aberracją sferyczną. Również ze względu na to, że światło padające na daleki obszar osiowy, to jest obszar stosunkowo daleki od osi optycznej, jest skupiane na obszarze różnym od osi optycznej i jest rozpraszane oraz światło dalekiego obszaru osiowego nie oddziałuje na skupianie plamki świetlnej w części środkowej A. Ponieważ światło występujące pomiędzy bliskim i dalekim obszarem osi interferuje ze skupianym światłem w bliskim obszarze osiowym, ilość skupianego światła obwodowego w części B staje się większa. Innymi słowy, światło w obszarze pośrednim pomiędzy bliskim obszarem osiowym i dalekim obszarem osiowym podlega interferencji, gdy nie jest wykorzystywany wynalazek, tak że obwodowe wiązki świetlne w częściach B są wytwarzane wokół środkowej wiązki świetlnej w części środkowej A, jak to pokazano na fig. 5. Obwodowe wiązki świetlne majązwykle natężenie równe 6-7% natężenia środkowej wiązki świetlnej, przez co zwiększa się fluktuacja podczas detekcji światła, czyniąc trudnymi dokładny zapis i odtwarzanie danych.

Figura 6A pokazuje wykresy a, b, c, d ilustrujące zmianę wymiarów plamki świetlnej w przypadkach, gdy elementy sterujące światłem według wynalazku są wykorzystywane i nie są wykorzystywane. Na fig. 6A wykresy b i c są otrzymywane, gdy elementy sterujące światłem są wykorzystywane, a wykresy a i d sąotrzymywane, gdy elementy sterujące światłem nie są wykorzystywane. Wówczas jest stosowany obiektyw mający aperturę liczbową 0,6 i promień skuteczny 2 mm. Jako przykład elementów sterujących światłem do blokowania lub rozpraszania światła jest wykorzystywana warstwa sterująca światłem o kształcie pierścieniowym, mająca wysokość środkową 1,4 mm od osi optycznej i szerokość 0,25 mm.

W powyższych warunkach wykresy c i d pokazują zmianę wymiarów plamki świetlnej przy wykorzystaniu dysku o grubości 0,6 mm, a wykresy a i b są przy wykorzystaniu dysku o grubości 1,2 mm. Tutaj wykresy b i c pokazują stan plamki występujący, gdy jest stosowany wynalazek.

Różnica w wymiarach plamki w części środkowej A z fig. 5 jest zawarta w zakresie 3 %, zależnie od obecności lub braku warstwy sterującej światłem przy wykorzystaniu dysku o grubości 0,6 mm. Wymiar części B z fig. 5 jest zauważalnie zmniejszony przez zastosowanie warstwy sterującej światłem przy wykorzystaniu dysku o grubości 1,2 mm.

Sterowane jest więc światło przechodzące przez obszar pośredni pomiędzy bliskim i dalekim obszarem osiowym. W tym celu są zastosowane wzdłuż toru świetlnego elementy sterujące światłem do sterowania, na przykład blokowania, rozpraszania, dyfrakcji, pochłaniania lub załamywania światła w obszarze pośrednim, przez co tłumi się wzrost wymiaru światła obwodowego plamki świetlnej i zmniejsza się aberrację sferyczną która w innym przypadku wystąpiłaby.

Figura 7A przedstawia schemat urządzenia przetwornikowego optycznego, wykorzystującego obiektyw według wynalazku, gdzie są porównywane stany ogniskowania światła względem cienkiego dysku i grubego dysku. Fig. 7B i 7C przedstawiają powiększone widoki punktów ogniskowania pokazanych na fig. 7 A dla cienkich dysków i grubych dysków. Na fig. 7B i 7C obiektyw 200jest przesuwany dla skupiania światła albo na cienkim albo na grubym dysku.

Figura 8 przedstawia widok perspektywiczny obiektywu 200 i członu sterującego 100 światłem jako elementu sterującego światłem.

Na figurze 7A jest przedstawiony stosunkowo cienki nośnik zapisu 300a informacji, na przykład dysk o grubości 0,6 mm i stosunkowo gruby dysk 300b, na przykł^ dysk o grubości 1 ,2 mm.

Średnica cienkiego dysku i grubego dysku może być taka sama. Również dolne powierzchnie dysków są umieszczone albo w różnych płaszczyznach albo w tej samej płaszczyźnie, zależnie od mechanizmu utrzymującego dysk, nie pokazanego, do wspierania i obracania dysków 300a i 300b podczas pracy. Rysunek został zmodyfikowany dla pokazania różnicy grubości. Światło lasera przechodzi przez otwór w uchwycie dysku, tak jak zwykle.

181 540

Główny obiektyw 200 jest umieszczony z przodu dysku 300a lub 300b. Obiektyw 200, mający określoną wstępnie średnicę skuteczną skupia padające światło 400 ze źródła światła 900 i odbiera światło odbite od dysku 300a i 300b.

Na figurze 9 jest zastosowany człon sterujący 100 światłem z tyłu obiektywu 200. Człon sterujący 100 światłem jest przezroczysty i ma warstwę sterującą 101 światłem o kształcie pierścieniowym dla tłumienia, takiego jak blokowanie lub rozpraszanie, światła padającego na jego powierzchnię. Zewnętrzna średnica warstwy sterującej 101 światłemjest mniejsza niż skuteczna średnica obiektywu 200. Człon sterujący światłemjest wykonany ze szkła lub tworzywa sztucznego, a na warstwę sterującą 101 światłem są stosowane na przykład Cr, CrO₂ lub Ni. Alternatywnie lub dodatkowo stosuje się na człon sterujący światłem dowolną z nieregulamości powierzchni, omawianą poniżej w odniesieniu do fig. 12-17.

Soczewka kolimacyjna 500 i element rozszczepiający 600 wiązkę są umieszczone pomiędzy członem sterującym 100 światłem i źródłem światła 900, co pokazano na fig. 7A. Soczewka skupiająca 700 i fotokomórka 800 są umieszczone wzdłuż toru światła odbitego od elementu rozszczepiającego 600 wiązkę. Fotokomórka 800 ma strukturę kwadrantową.

W urządzeniu przetwornikowym optycznym, mającym konfigurację według wynalazku, warstwa sterująca 101 światłem tłumi spośród padających wiązek świetlnych 400, wiązkę świetlną 402 obszaru pośredniego, przechodzącą przez obszar pomiędzy bliskim i dalekim obszarem osiowym, skutkiem czego są przekazywane tylko wiązki świetlne 401 i 403 przechodzące przez bliski i daleki obszar ośiowy, jak to pokazano na fig. 9. Dla przykładu, warstwa sterująca 101 światłem, wykonana z chromu, blokowałaby wiązkę światła 402 przed przechodzeniem przez człon sterujący 100 światłem. Ponadto wiązka świetlna 402 może być rozpraszana, odbijana, poddawana dyfrakcji lub załamywana, zależnie od chropowatości powierzchni warstwy sterującej 101 światłem.

Figura 10 pokazuje, że warstwa sterująca 101 światłem, mająca opisaną powyżej funkcję, jest naniesiona bezpośrednio na jedną powierzchnię obiektywu 200.

Figura 11 pokazuje, że warstwa sterująca 10Γ światłem ma kształt zmodyfikowany do kształtu wieloboku, takiego jak kształt kwadratu lub kształt pięciokąta, jak to pokazano na fig. 16, raczej niż kształt kołowy. Dodatkowa warstwa sterująca 101 lub 101' światłem określa bliski obszar osiowy w zależności od grubości dysku. Dla przykładu, obiektyw jest optymalizowany do cienkiego dysku i jest określany bliski obszar osiowy. Dlatego można zastosować dodatkową warstwę lub rowek sterujący światłem dla określenia właściwego obszaru pośredniego dla cienkiego dysku zgodnie z jego grubością.

Na figurze 10B jest dodany do dysku mającego grubość 0,9 mm, w celu optymalizacji, dodatkowy pierścieniowy rowek sterujący 102' światłem. Obiektyw 200jest stosowany dla dysków mających grubość na przykład 0,6 mm, 0,9 mm lub 1,2 mm.

Figury 12A i 12B przedstawiają obiektyw według jeszcze innego przykładu wykonania wynalazku.

Figury 13 i 14A przedstawiają widok perspektywiczny i widok od przodu obiektywu z fig. 12A. Są tu zastosowane elementy odbijające 101 światło jako elementy sterujące światłem w obiektywie 200'. Innymi słowy wzór strukturalny, to jest rowek sterujący 102 światłem o kształcie pierścieniowym, dla częściowego blokowania, dyfrakcji, załamywania lub rozpraszania padającego światła, jest wykonany po stronie odbierającej początkowe światło, jak na fig. 12 lub po stronie emitującej światło, jak na fig. 12B, obiektywu 200*. Ponadto rowki 102 są wykonywane po obu stronach obiektywu 200'. Alternatywnie elementy odbijające światło przyjmują postać występu lub żebra 102 o kształcie klina, jak to pokazano na przykład na fig. 15 K. Żebro 102 o kształcie klina jest także umieszczane po każdej stronie obiektywu 200'. Zewnętrzna średnica rowka sterującego światłem lub żebra 102 o kształcie klina sterującego światłemjest mniejsza niż średnica skuteczna obiektywu 200'.

Podobnie jak warstwa sterująca 101 światłem, rowek sterujący światłem lub żebro 102 o kształcie klina jest umieszczone w obszarze pomiędzy bliskim obszarem osiowym i dalekim obszarem osiowym oraz działa dla ponownego kierowania, na przykład odbijania, załamania lub

181 540 rozpraszania, padającego światła w kierunku niezgodnym ze skupianiem lub tłumieniem, na przykład blokowaniem padającego światła.

Obiektyw 200' jest wytwarzany ogólnym sposobem wysokociśnieniowego formowania wtryskowego, nie pokazanym, lub sposobem formowania tłocznego, jak pokazano na fig. 15 H do 15 K, stosując formę mającą wzór odpowiadający żebru 102 o kształcie klina.

Figury 15Ai 15B przedstawiają, że dolna forma 1002a ma wzór mającyjeden lub wiele rowków 103a uformowanych zgodnie z żebrem sterującym 102 światłem dla rozpraszania światła w obszarze pośrednim, tak że wytwarzana soczewka jest wyposażona w stopniowe lub o kształcie klina elementy sterujące światłem, wystające na powierzchni soczewki, lecz jest także stosowany rowek, jak przy omawianiu fig. 12A, lub elementy sterujące światłem, mające siatkę dyfrakcyjną. Rowek 103a jest uformowany w obszarze pośrednim pomiędzy bliskim obszarem osiowym i dalekim obszarem osiowym. Również elementy sterujące 102 światłem są wygrawerowane, wytrawione lub zarysowane na powierzchni soczewki.

Figury 15C i 15D przedstawiają nierówną powierzchnię uformowaną przez obróbkę erozyjną lub trawienie w części K, zawierającą elementy sterujące 102 światłem soczewki według wynalazku.

Figury 15E, 15F i 15G przedstawiają różne przykłady nierównych powierzchni, powierzchnię chropowatą, zębatą, strzępiastą, do formowania elementów sterujących 102 światłem, które są złożone tylko z jednego rodzaju nierówności lub kombinacji różnych rodzajów nierówności.

Na figurze 15F elementy sterujące 102 światłem mająrówno stopniowany kształt tworzący wzór kraty, wywołujący dyfrakcję padającego światła w obszarze pośrednim. Wzór kraty ma skok S, który wynosi mniej niż w przybliżeniu 200 pm dla długości fali lasera 650 nm.

Figura 15H pokazuje materiał 200m soczewki, taki jak szkło lub tworzywo plastyczne włożone pomiędzy formę górną 1001 i formę dolną 1002a. Na fig. 151, forma górna 1001 i forma dolna 1002a są zbliżane do siebie dla uformowania tłoczonego materiału 200m soczewki. Na fig. 151 forma górna 1001 i forma dolna 1002a są rozdzielane i otrzymywany jest obiektyw 200m.

Rowek sterujący 102 światłem jest uformowany korzystnie dla dolnej powierzchni obiektywu 200' ustawionego pod określonym wstępnie kątem Θ względem prostopadłej do osi optycznej, jak na fig. 14B. Światło obszaru pośredniego, odbijane od rowka sterującego 102 światłem, jest rozpraszane lub odbijane w kierunku nierównoległym do osi optycznej.

Figura 16 przedstawia widok od przodu obiektywu mającego rowek sterujący światłem jako element sterujący światłem, gdzie rowek sterujący 102' światłem o kształcie kwadratowym jest uformowany w obiektywie 200' według wynalazku.

Rowek sterujący 102' światłem jest na uformowany na przykład w kształcie wielokąta, takiego jak kształt kwadratu. Ponadto obiektyw jest zmodyfikowany na przykład tak, że ma więcej niż jeden rowek sterujący światłem do sterowania padającym światłem. Jest również możliwe zastosowanie nieregularności powierzchni, na przykład rowka, żebra, zębów, chropowatości i strzępiastości, na oddzielnym, przezroczystym członie, takim jak człon sterujący 100 światłem.

W powyższych wykonaniach jako obiektyw 200 lub 200'jest zastosowana soczewka wypukła, którą zastępuje się przez soczewkę płaską wykorzystującą teorię dyfrakcji, takąjak soczewka hologramowa lub soczewka Fresnela.

Figura 17 przedstawia, że gdy soczewka jest wyposażona w elementy sterujące światłem, w płaskiej soczewce jest uformowany pierścieniowy lub kwadratowy rowek sterujący 102* światłem albo jest zamocowana lub powleczona oddzielnie wytworzona warstwa sterująca 101 światłem, mająca kształt pierścieniowy lub kwadratowy, jak pokazano na fig. 18. Rowek sterujący 102 światłem przekazuje światło 402 obszaru pośredniego bez dyfrakcji. W innym przypadła! rowek sterujący 102* światłem odbija światło w obszarze pośrednim w kierunku niezgodnym ze skupianiem światła. Światło 402 obszaru pośredniego jest powstrzymywane przed osiąganiem plamki świetlnej na dysku.

181 540

Warstwa sterująca 101 światłem, pokazana na fig. 18, pochłania, rozprasza i/lub odbija światło 402 obszaru pośredniego, które pada na płaską soczewkę 200”, zapobiega osiąganiu przez światło 402 obszaru pośredniego plamki świetlnej na dysku. Dla przykładu, gdy jest stosowana farba ciemnego koloru jako warstwa sterująca światłem, warstwa ta pochłania światło. Również rowek sterujący światłem lub warstwa sterująca światłem, pokazane na fig. 17 i 18, są modyfikowane na przykład tak, że mają więcej niż jeden pierścieniowy rowek lub warstwę, w zależności od grubości dysku.

Struktura przyrządu soczewkowego opisana powyżej nie jest ograniczona do obiektywu stosowanego w urządzeniu przetwornikowym optycznym.

Figura 19 pokazuje pomiar plamki świetlnej na dysku o grubości 1,2 mm, otrzymany w powyższych przykładach wykonania. Obiektyw wykorzystywany tutaj ma średnicę skuteczną 4 mm, średnicę bliskiego obszaru osiowego 2 mm i dalekiego obszaru osiowego od 2,4 mm do 4,0 mm. Elementy sterujące światłem blokują wiązki świetlne o średnicy w zakresie od 2,0 mm do 2,4 mm. Średnica wewnętrzna elementów sterujących światłem, mających kształt pierścieniowy, jest zmieniana do zakresu od 2,0 do 3,0 mm dla optymalizacji plamki skupionej na dysku. Również średnica wewnętrzna i szerokość elementów sterujących światłem są pomiędzy 1,1 do 1,4 mm, na przykład 1,2 mm i pomiędzy 0,1 i 0,25 mm, na przykład 0,15 mm. Możliwe są inne zakresy zależne od założeń systemu.

W plamce świetlnej utworzonej w powyższych warunkach, jako wynik pomiaru średnica planiki świetlnej w punkcie 1/e² przy ~13% natężenia światła środkowego była 1,3 pm. W porównaniu z urządzeniem z fig. 5, które nie wykorzystuje warstwy sterującej światłem, natężenie światła części B z fig. 5, jest zmniejszone o więcej niż 70% w przypadku urządzenia według wynalazku, które wykorzystuje warstwę sterująca światłem.

Figura 20 pokazuje wymiar plamki świetlnej na porównywalnie cienkim dysku, to jest dysku 0,6 mm, w wyżej opisanych warunkach. Zgodnie z pomiarem średnica plamki świetlnej w punkcie 1/e² przy ~ 13% natężenia światła środkowego była 0,83 pm.

Plamka świetlna jest utworzona na dysku w optymalnym stanie. Na fig. 7A światło odbijane od dysku jest przekazywane przez obiektyw 200, człon sterujący 100 światłem i soczewkę kolimacyjną500 i jest odbijane od elementu rozszczepiającego 600, a następnie jest przekazywane przez soczewkę skupiającą700 i dochodzi do fotokomórki 800, gdzie jest wykrywane i przetwarzane na sygnał elektryczny. Fotokomórka 800 służy do otrzymywania sygnału błędu ogniskowania przez aberrację astygmatyczną i jest zwykle detektorem kwadratowym.

Poniżej zostaną opisane szczegółowo własności fotokomórki 800 w urządzeniu przetwornikowy optycznym według wynalazku.

Na figurach 21 i 22 plamka utworzona w środku fotokomórki 800 ma obszary środkowe 901 a i 90Ib, odpowiadające światłu w bliskim obszarze osiowym i obszarach obwodowych 902a i 902b, odpowiadających światłu dalekiego obszaru osiowego. Oznaczenia a i b reprezentująplamkę świetlną na grubym dysku i na cienkim dysku. Fig. 21 pokazuje przypadek porównywalnie grubego dysku, na przykład dysku o grubości 1,2 mm, a fig. 22 pokazuje przypadek porównywalnie cienkiego dysku, na przykład dysku o grubości 0,6 mm. Zmiana średnic jest nieznaczna w obszarze środkowym 901 a w wyniku światła bliskiego obszaru osiowego, bez względu na grubość dysku. Jednak zmiana parametrów jest znaczna w obszarze pośrednim 903a, w którym światło jest blokowane przez człon sterujący 100 światłem.

Na figurze 21 obszar środkowy 901a, odpowiadający bliskiemu obszarowi osiowemu, jest w środku fotokomórki 800, a obszar obwodowy 902a otacza fotokomórkę 800. Obszar pośredni 903a pomiędzy obszarem środkowym 901a i obszarem obwodowym 902a jest częścią, z której światło jest eliminowane przez człon sterujący światłem. Jeżeli obszar obwodowy 902a i obszar środkowy 903a sąpowiększone przez aberrację sferyczną w tym przykładzie, w którym powierzchnia odbijająca dysku jest w pobliżu ogniska parosiowego, jedynie światło bliskiego obszaru osiowego jest stosowane przy odtwarzaniu informacji z dysku o grubości 1,2 mm.

Na figurze 22 zarówno obszar środkowy 90 Ib, odpowiadający bliskiemu obszarowi osiowemu, jak i obszar obwodowy 902b, odpowiadający dalekiemu obszarowi osiowemu, sąutwo

181 540 rzone na powierzchni detekcyjnej fotokomórki 800, ponieważ w tym przykładzie powierzchnia odbijająca cienkiego dysku jest bliska minimalnemu kołu skupianej wiązki. Innymi słowy, całe światło bliskiego i dalekiego obszaru osiowego jest stosowane przy odtwarzaniu informacj i z cienkiego dysku o grubości 0,6 mm, wyłączając światło obszaru pośredniego, które jest eliminowane przez człon sterujący światłem. Tutaj średnica bliskiego obszaru osiowego 901b, która jest parosiowa, zachowuje stałą wartość bez względu na rodzaj dysku.

W celu odczytu informacji z dysków mających różne grubości, urządzenie przetwornikowe optyczne według wynalazku wykorzystuje fotokomórkę 800 zaprojektowaną tak, żeby odbierać tylko światło bliskiego obszaru osiowego przy odczycie informacji z grubego dysku i odbierać światło bliskiego i dalekiego obszaru osiowego przy odczycie informacji z cienkiego dysku. Przy stosowaniu grubego dysku, otrzymywany jest sygnał odpowiadający światłu bliskiego obszaru osiowego. Przy stosowaniu cienkiego dysku, otrzymywany jest sygnał o stosunkowo większym natężeniu, odpowiadający światłu bliskiego i dalekiego obszaru osiowego.

Figura 23 pokazuje innego rodzaju fotokomórkę 810, która ma strukturę ośmiościennąlub ośmiosegmentową, w której jest zastosowany drugi obszar detekcji 812 wokół pierwszego obszaru detekcji 811, umieszczony centralnie i równoważnie do fotokomórki pokazanej na fig. 21. Tutaj pierwszy obszar detekcji 811 składa się z czterech kwadratowych elementów Al, BI, Cl i D1 odbieraj ących pierwsze światło, a drugi obszar detekcj i 812 składa się z czterech elementów A2, B2, C2 i D2 w kształcie litery L, odbierających drugie światło.

Figura 30 pokazuje sygnał błędu ogniskowania, otrzymany przy zastosowaniu ośmiościennej fotokomórki 810, gdy informacja jest odczytywana z grubego dysku. Tutaj sygnał tylko z pierwszego obszaru 811 odbierającego światło jest zaznaczony linią ciągłą A, a odbierany zarówno z pierwszego obszaru 811, jak i drugiego obszaru 812 odbierającego światło, jest zaznaczony linią kreskową B.

Figury 24,25,26 i 27,28,29 pokazują stany odbioru światła fotokomórki, gdy jest stosowany cienki cyfrowy dysk wizyjny i gdy jest stosowany gruby dysk kompaktowy.

Pierwszy obszar detekcji 811 ma wymiary takie, że wymiar pierwszego obszaru 811 jest optymalizowany dla odbioru światła z bliskiego obszaru osiowego bez strat, gdy informacja jest odczytywana z grubego dysku, nie odbierając światła z dalekiego obszaru osiowego. Dodatkowo pierwszy i drugi obszar detekcji 811 i 812 mają wymiary takie, że wiązki świetlne bliskiego i dalekiego obszaru osiowego są odbierane wszystkie, gdy informacja jest odczytywana z cienkiego dysku, jak to pokazano na fig. 24. Przy odczycie informacji z grubego dysku, światło dalekiego obszaru osiowego pada na drugi obszar 812 odbierający światło, jak to pokazano na fig. 27.

Figury 24, 25 i 26 pokazują stany odbioru światła kolejno, gdy obiektyw jest w ognisku względem cienkiego dysku, gdy obiektyw jest umieszczony za daleko od dysku i gdy obiektyw jest umieszczony za blisko dysku. Podobnie fig. 27,28,29, pokazująstany odbioru światła kolejno, gdy obiektyw jest w ognisku względem grubego dysku, gdy jest umieszczony za daleko od dysku i gdy jest umieszczony za blisko dysku.

W fotokomórce 810', mającej uprzednio wzmiankowaną strukturę, cały sygnał, to jest zarówno z pierwszego, jak i drugiego obszaru 8111812 odbierającego światło, j est wykorzystywany przy odczycie informacji z cienkiego dysku i tylko sygnał z pierwszego obszaru 811 odbierającego światło jest stosowany przy odczycie informacji z grubego dysku.

Figura 30 pokazuje zmiany sygnału błędu ogniskowania w wyniku sygnału z pierwszego obszaru odbierającego światło, co oznaczono linią ciągłą A i całego sygnału z pierwszego i drugiego obszaru odbierającego światło, co oznaczono linią kreskową B, przy odczycie informacji z grubego dysku. Różnica pomiędzy przebiegami oznaczonymi przez linię ciągłą A i linię kreskowąB jest powodowana przez ilość światła rozpraszanego na grubym dysku. W ośmiościennej fotokomórce 810 rozpraszane światło, które jest wynikiem dużej aberracji sferycznej grubego dysku, jest wykrywane głównie przez zewnętrzną fotokomórkę 812. To rozpraszane światło wykrywane przez zewnętrzną fotokomórkę 812 powoduje wzrost amplitudy sygnału błędu ogniskowania, co powodowało niestabilny sygnał błędu ogniskowania, jak pokazany linią kreskowąB.

181 540

I z kolei, gdy jest stosowane tylko wykrywane światło padające na wewnętrzną fotokomórkę 811, następuje zmniejszenie skutków rozproszonego światła zgodnie z krzywą S, co pokazano przez linię ciągłą A. W praktycznym zastosowaniu sygnał błędu ogniskowania, oznaczony liniąciągłąA, jest lepszy niż oznaczony linią kreskową B, ponieważ ma pojedynczy punkt przecięcia zera dla sygnału błędu ogniskowania, a symetria sygnału w punkcie przecięcia zera jest ważną cechą do identyfikacji położenia w ognisku obiektywu.

Gdy informacja jest odczytywana z grubego dysku, składowe sygnału błędu ogniskowania sąotrzymywane przy użyciu tylko światła bliskiego obszaru osiowego, skutkiem czego otrzymuje się stabilny sygnał błędu ogniskowania, jak pokazany na fig. 30.

W sposobie sterowania ogniskowaniem przyrządu obiektywowego i wykorzystującego go urządzenia przetwornikowego optycznego według wynalazku, który daje efekt zmniejszania wymiaru plamki świetlnej, to jest ilości światła części B z fig. 5 i efekt stabilizacji sygnału błędu ogniskowania, ponieważ jest wytwarzany tylko pojedynczy sygnał błędu ogniskowania, bez względu na grubość dysku, nie jest wymagane zastosowanie dodatkowych elementów sterujących ogniskowaniem w celu użycia dysków o różnej grubości.

Również wartości wykrytych sygnałów błędu ogniskowania sąróżne, zależnie od grubości dysku.

Na figurze 31 pokazano, że całe światło bliskiego i dalekiego obszaru osiowego osiąga fotokomórkę w przypadku cienkiego dysku, a jedynie światło bliskiego obszaru osiowego osiąga fotokomórkę w przypadku grubego dysku, skutkiem czego jest łatwe rozróżnienie tego rodzaju dysku.

Figura 32 przedstawia sieć działań, na podstawie której zostanie teraz opisane szczegółowo działanie rozróżniające rodzaj dysku.

Jeżeli cienki dysk lub gruby dysk zostaje włożony w etapie 100, prąd ogniskowania, który steruje położeniem obiektywu względem dysku, jest zwiększany lub zmniejszany dla rozróżnienia zakresu obiektywu, to jest rodzaju dysku, jak to pokazano na fig. 33. Obiektyw jest przesuwany do góry i do dołu m razy, gdzie m = 1,2, 3,... w zakresie regulacji ogniskowania, skutkiem czego otrzymuje się sygnał sumaryczny z fotokomórki, dodając do siebie wszystkie sygnały z każdego z ośmiu kwadratów i sygnał błędu ogniskowania S, w etapie 101. Jeżeli jest stosowana fotokomórka kwadrantowa, sygnał błędu ogniskowania jest otrzymywany konwencjonalną metodą astygmatyczną. Doświadczalnie wykazano, że amplituda sygnału błędu ogniskowania dla odtwarzania cienkiego dysku jest cztery razy większa niż dla odtwarzania grubego dysku, tak że natężenie światła jest wystarczające dla zgodności z oboma rodzajami dysków i jest realizowana stabilizacja sygnału błędu ogniskowania.

Wielkość aberracji sferycznej jest zmniejszona w tym sposobie dla odtworzenia sygnału na dysku. Jednak aberracja sferyczna jest większa niż dla przetwornika optycznego do konwencjonalnego odtwarzacza dysków kompaktowych, skutkiem czego powoduje pogorszenie odtwarzanego sygnału. Jest korzystne zastosowanie cyfrowego korektora przebiegu, takiego jak pokazany na fig. 36, który przy założeniu sygnału wejściowego fi (t) wytwarza sygnał wyjściowy fo (t) zgodnie z równaniem:

fo (t) = fi (t + τ) - K [fi (t) + fi (t = 2τ) gdzie τ jest określonym wstępnie czasem opóźnienia i K jest określonym wstępnie dzielnikiem amplitudy, jak to pokazano na fig. 32 w etapach i 106 i 117.

Po otrzymaniu sygnału błędu ogniskowania S_fi sygnału sumarycznego w etapie 101, określa się, czy sygnał błędu ogniskowania Sjest większy niż pierwszy sygnał odniesienia dla cienkiego dysku w etapie 102. Wówczas sygnał sumaryczny może być również porównany z pierwszym sygnałem odniesienia zgodnie z warunkami projektowania.

Na figurze 34,jeżeli pierwsza wartość odniesienia jest mniejsza niż sygnał błędu ogniskowania S_flub sygnał sumaryczny, określa się, że dysk jest cienki w etapie 103 i nadal sąrealizowane skupianie i śledzenie w etapie 104 zgodnie z tym określeniem, skutkiem czego otrzymuje się

181 540 sygnał odtworzenia w etapie 105. Sygnał odtworzenia przechodzi przez korektor przebiegu w etapie 106 dla cienkiego dysku w celu otrzymania sygnału korekcji przebiegu w etapie 107. Jednak jeżeli pierwsza wartość odniesienia jest większa niż sygnał błędu ogniskowania S_f lub sygnał sumaryczny, następnie określa się, czy sygnał błędu ogniskowania jest większy niż druga wartość odniesienia odpowiadająca grubemu dyskowi w etapie 113.

Na figurze 35, jeżeli pierwsza wartość odniesienia jest większa niż sygnał błędu ogniskowania S_f lub sygnał sumaryczny oraz sygnał błędu ogniskowania S_f lub sygnał sumaryczny jest większy niż druga wartość odniesienia w etapie 113, określa się w etapie 114, że dysk jest gruby i nadal jest realizowane skupienie i śledzenie w etapie 115, skutkiem czego otrzymuje się sygnał odtworzenia w etapie 116. Sygnał odtworzenia przechodzi przez korektor przebiegu w etapie 117 dla cienkiego dysku w celu otrzymania sygnału korekcji przebiegu w etapie 118.

Jeżeli sygnał błędu ogniskowania S_f lub sygnał sumaryczny jest mniejszy niż drugi sygnał odniesienia, wytwarzany jest sygnał błędu w etapie 123. Sygnał błędu ogniskowania i sygnał sumaryczny są stosowane do rozróżniania rodzaju dysku, a ten sposób wykorzystujący oba sygnały powoduje zmniejszenie błędu rozróżniania.

Wynalazek znajduje zastosowanie w układzie optycznym do zapisu-odtwarzania danych wizyjnych lub akustycznych na nośniku.

181 540

FIG. 4

FIG. 5

0,0026ιτνΒ

181 540

FIG. 6A

FIG. 6B

1X1 540

FIG. 7A

181 540

FIG.7B

FIG.7C

181 540

FIG. 8

200

FIG. 9

181 540

FIG.10A

FIG. 11

181 5«

FIG. 12B

FIG. 12A

400

FIG. 13

FIG. 14A

FIG. 14B

FIG. 16

181 540

FIG.

15A

1001

FIG.

15D

181 540

FIG. 15E FIG. 15F FIG. 15G

FIG. 15H FIG. 151

181 540

FIG. 17

FIG. 18

181 S40

FIG. 19

O_f 0028 mm

FIG. 20

0,0028mm

181 540

FIG. 22

9O1b

---800

902b

181 540

FIG. 23 FIG. 24

810 810

FIG. 25 FIG. 26

FIG. 27

902b

FIG. 28

902b

181 540

FIG. 29

FIG. 30

WIELKOŚĆ PRZESUNIĘCIA OGNISKA

181 540

FIG. 31 £

181 540

—118

181 540

FIG, 33

WYJŚCIE —O

FIG. 1

FIG. 2

Sten? Łe.d

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 6,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie przetwornikowe optyczne z przyrządem soczewkowym, zawierające źródło światła, obiektyw skierowany do jednego z wielu optycznych nośników pamięciowych, któiy jest umieszczony w urządzeniu optycznym, fotokomórkę do detekcji światła odbitego od optycznego nośnika pamięciowego, do którego jest skierowany obiektyw, i układ rozszczepiający wiązkę, umieszczony pomiędzy obiektywem i źródłem światła, do przesyłania/odbijania światła ze źródła światła w kierunku obiektywu i do odbijania/przesyłania światła odbitego od optycznego nośnika pamięciowego, do którego jest skierowany obiektyw, w kierunku fotokomórki, znamienne tym, że obiektyw (200,200', 200) ma obszar przepuszczający światło w kierunku fotokomórki (800, 810), podzielony na obszary bliski, pośredni i daleki, odpowiadające bliskiemu obszarowi osiowemu, pośredniemu obszarowi osiowemu i dalekiemu obszarowi osiowemu światła padającego, a jedna z wielu części obiektywu (200, 200', 200) jest przystosowana do ogniskowania światła na jednym optycznym nośniku pamięciowym (300, 300a, 300b) dowolnego typu, do którego jest skierowany obiektyw (200,200', 200).
2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że obszar pośredni obiektywu (200,200', 200) jest obszarem blokowania światła w obszarze pośrednim toru świetlnego.
3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że obszar pośredni obiektywu (200,200', 200) jest obszarem rozpraszania światła w obszarze pośrednim toru świetlnego.
4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że obszar pośredni obiektywu (200, 200', 200) jest obszarem dyfrakcji światła w obszarze pośrednim toru świetlnego.
5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że obszar pośredni obiektywu (200,200^ 200) jest obszarem pochłaniania światła w obszarze pośrednim toru świetlnego.
6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że obszar pośredni obiektywu (200,200', 200) jest obszarem odbijania światła w obszarze pośrednim toru świetlnego.
7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że obszar pośredni obiektywu (200,200', 200^ jest obszarem przekazywania światła w obszarze pośrednim toru świetlnego w kierunku niezgodnym ze strefą ogniskowania.
8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że obszar pośredni obiektywu (200,200', 200) jest obszarem załamania światła w obszarze pośrednim toru świetlnego w kierunku od strefy ogniskowania.
9. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że obszar pośredni obiektywu (200,200', 200) jest obszarem zapobiegania osiąganiu strefy ogniskowania przez światło w obszarze pośrednim toru świetlnego.
10. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że obszar pośredni obiektywu (200,200*, 200) zawiera co najmniej jedną nieregulamość powierzchni o wstępnie określonym wzorze.
11. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że nieregulamość powierzchni zawiera rowek mający ścianę bocznąo wstępnie określonym nachyleniu względem osi toru świetlnego.
12. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że rowek (102) ma kształt litery V.
13. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że rowek (102) ma równoległe boki i soczewka jest płaską soczewką (200).
14. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że co najmniej jedna nieregulamość powierzchni zawiera wystające żebro w kształcie klina (102).
15. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że co najmniej jedna nieregulamość powierzchni zawiera chropowatą powierzchnię.
16. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że nieregulamość powierzchni zawiera siatkę dyfrakcyjną do dyfrakcji światła w pośrednim obszarze tom świetlnego w kierunku od strefy ogniskowania.

181 540
17. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że obiektyw (200,200', 200) ma powierzchnię załamującą.
18. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że obiektyw (200, 200', 200) jest soczewką dyfrakcyjną.
19. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że obiektyw (200,200', 200) jest płaską soczewką (200).
20. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że fotokomórka (810) zawiera pierwszy obszar (811) do odbioru jedynie światła w bliskim obszarze osiowym, odbijanego od stosunkowo grubszego dysku, drugi obszar (812) do odbioru światła, otaczający pierwszy obszar (811) do odbioru światła, przy czym pierwszy i drugi obszary (811,812) do odbioru światła są przystosowane do odbioru światła, zarówno w bliskim jak i dalekim obszarze osiowym, odbijanego od stosunkowo cienkiego dysku.
21. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że każdy spośród pierwszego i drugiego obszaru do odbioru światła fotokomórki (810) zawiera segmenty (Al, Bl, Cl, Dl, A2, B2, C2, D2) podzielone na kwadranty.
22. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że co najmniej jedna nieregulamość powierzchni o wstępnie określonym wzorze jest utworzona na co najmniej jednej powierzchni soczewki (200).
23. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że obszar pośredni jest określony przez grubość dysku.
24. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że optyczny nośnik pamięciowy (300,300a, 300b) jest typu dysku cyfrowego lub dysku kompaktowego.
25. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że optyczny nośnik pamięciowy (300,300a, 300b) ma grubość 0,6 ± 0,1 mm lub 1,2 ± 0,1 mm.
26. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że optyczny nośnik pamięciowy (300,300a, 300b) jest wykonany ze szkła lub tworzywa sztucznego.
27. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że bliski obszar osiowy i daleki obszar osiowy są określone przez wielkość aberracji optycznej.
28. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że optyczny nośnik pamięciowy (300,300a, 300b) jest typu mającego różną grubość.

* * *