BR0111198B1 - Dispositivo para a leitura e/ou escrita em meios de gravação óticos - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO PARA A LEITURA E/OU ESCRITA EM MEIOS DE GRAVAÇÃO ÓTICOS". A presente invenção refere-se a um aparelho para a leitura de e/ou para a escrita em meios de gravação óticos, cujo aparelho usa feixes de varredura em comprimentos de onda diferentes, cujos feixes de varredura correm ao longo de um eixo ótico comum, varrem o meio de gravação, e são detectados por um único fotodetector. Em particular, o aparelho tem um scanner ótico para uma nova execução e gravação de dados em discos óti- cos que podem ser reescritos.

Os scanners óticos, os quais podem reexecutar e escrever em Discos Versáteis Digitais (DVD) e Discos Compactos (CD), requerem dois comprimentos de onda de laser diferentes. Por esta razão, aparelhos e gra- vadores de DVD compatíveis com CD são adaptados com dois diodos de laser diferentes. Esta construção discreta resulta em custos financeiros au- mentados, devido aos componentes óticos adicionalmente requeridos. Re- centemente, os assim denominados diodos a laser gêmeos estiveram dispo- níveis como uma abordagem para a redução do número de componentes requeridos. Estes compreendem dois diodos a laser com comprimentos de onda diferentes, os quais são montados lateralmente separados em um alo- jamento de laser comum. A separação lateral das duas fontes de luz resulta na radiação emitida através do sistema ótico do scanner ter a imagem formada em dois pontos de luz mutuamente separados na camada de porte de informação do disco ótico. Isso significa que dois focos lateralmente separados são, por sua vez, produzidos no plano do detector, no qual a luz refletida do disco tem a imagem formada. O uso desejado de um detector comum para ambos os comprimentos de onda, assim, é impossível. A US-A-6.043.911 mostra um aparelho, o qual usa feixes de var- redura em dois comprimentos de onda, os quais são combinados por meio de um elemento de combinação de feixe, de modo a se propagarem ao lon- go de um eixo ótico comum. Este aparelho conhecido tem a desvantagem de o elemento de combinação de feixe, o qual consiste em uma combinação de um prisma e um holograma, é dispendioso de se produzir. Mais ainda, o ho- lograma não é combinado de forma ótima com características diferentes das fontes de luz que produzem os comprimentos de onda diferentes, e isso leva a efeitos de perturbação mais ou menos severos.

Um objeto da presente invenção é propor um aparelho melhora- do. Este objeto é obtido pelas medidas especificadas nas reivindicações.

De acordo com a invenção, o elemento de combinação de feixe, neste caso, é um gradeamento de difração. Isto tem a vantagem de suas características poderem ser calculadas e, assim, poderem ser combinadas de forma ótima com as características das fontes de luz as quais, em parti- cular, são diodos a laser. As características do gradeamento de difração são, neste caso, calculadas, preferencial mente, usando-se um dos métodos de cálculo especificados no texto a seguir. A camada de informação é uma ca- mada de porte de informação no meio de gravação, o qual, por exemplo, pode ser um disco ótico tal como um CD, um DVD ou algum outro meio de gravação ótico, o qual pode ser apenas de leitura, pode ser apenas de es- crita ou pode ser de leitura e de escrita. O gradeamento de difração, preferencialmente, tem linhas de gradeamento com um perfil de luz intensa ou um perfil o qual é similar a um perfil de luz intensa. No caso de um perfil de luz intensa, uma linha de gra- deamento não tem uma seção transversal retangular, mas uma seção trans- versal que corre de forma essencialmente oblíqua. O perfil, assim, por exemplo, é um perfil em dente de serra. Uma vantagem do uso de um perfil de luz intensa é que a eficiência de difração é usada de forma ótima, e uma intensidade tão grande quanto possível é acoplada a partir de cada uma das fontes de luz na trajetória de feixe combinado. Isto resulta, assim, nas per- das ótimas mínimas possíveis.

De acordo com a invenção, as linhas de gradeamento são provi- das com um perfil escalonado. Este perfil como de luz intensa tem a vanta- gem de ele poder ser produzido com pouco esforço, mas, não obstante, ter características as quais são virtualmente tão boas quanto de um perfil de luz intensa puro.

As linhas de gradeamento do gradeamento de difração, prefe- rencialmente, são retas e paralelas, o que é vantajoso, uma vez que elas podem ser produzidas facilmente. Em muitos casos, isso provê uma quali- dade suficientemente boa, particularmente se o gradeamento de difração for disposto no feixe paralelo. Se o gradeamento de difração for disposto no fei- xe divergente ou convergente, as linhas de gradeamento, preferencialmente, são projetadas de modo que elas sejam curvas. Isso tem a vantagem de, devido às distâncias entre as linhas de gradeamento, assim, diferirem como uma função da localização, as exigências de difração, as quais diferem como uma função da localização, serem satisfeitas no feixe não paralelo e de as aberrações serem corrigidas.

Mesmo quando se usam linhas de gradeamento curvas, pelo menos uma linha de gradeamento, preferencialmente, é reta. Isso tem a vantagem de a curvatura das linhas de gradeamento poder ser determinada de forma particularmente fácil, começando a partir de uma linha de gradea- mento reta. A distância entre esta linha de gradeamento e o eixo ótico, prefe- rencialmente, corresponde à metade da distância entre uma das fontes de luz e o eixo ótico. A invenção provê que o gradeamento de difração seja otimizado para a respectiva difração de primeira ordem, para ambos os comprimentos de onda. Particularmente quando se usa a combinação de comprimento de onda de 650 nm, 780 nm, em cada caso, é ótimo usar uma difração de pri- meira ordem em relação à eficiência e à simplicidade da arquitetura de gra- deamento. Outras combinações de ordens de difração também são valiosas para outras combinações de comprimento de onda. Isso também inclui não apenas a ordem zero, mas, também, a segunda ordem ou ordens mais altas.

No caso mais simples, os diodos a laser que produzem luz em comprimentos de onda diferentes são dispostos, de modo que os feixes de varredura produzidos por eles corram paralelos uns aos outros e paralelos ao eixo ótico. A invenção provê que ambos os diodos a laser sejam dispos- tos inclinados em relação ao eixo ótico. Isso tem a vantagem de, juntamente com o gradeamento de difração, resultar em um perfil de intensidade o qual é tão axialmente simétrico quanto possível. O gradeamento de difração também é disposto, preferencial- mente, girado em relação ao eixo ótico, para esta finalidade. É particular- mente vantajoso que os diodos a laser e o gradeamento de difração sejam dispostos girados de modo que uma fonte de luz virtual de ordem zero venha a ficar sobre o eixo ótico.

De acordo com a invenção, o gradeamento de difração é orien- tado, mais ainda, de modo que os pontos de luz laterais sejam orientados em ângulos retos com as trilhas de informação no meio de gravação ótico.

Os pontos de luz laterais são pontos de focos de feixes secundários de uma ordem diferente daquelas para as quais o gradeamento de difração é otimi- zado. Se requerido, essas ordens de difração são deliberadamente planifi- cadas, para a determinação do perfil de gradeamento de difração com uma intensidade adequada. A trilha de informação, por exemplo, é uma trilha em espiral ou circular de marcações de informação alongadas em um disco ótico convencional. O alinhamento do gradeamento de difração, de acordo com a invenção, tem a vantagem de os pontos de luz laterais poderem ser usados para a detecção de uma possível inclinação do disco ou para a detecção de qualquer discrepância entre o ponto de luz de varredura e o centro da trilha, usando-se métodos conhecidos.

De acordo com a invenção, os diodos a laser e o gradeamento de difração são integrados em um módulo. Isso tem a vantagem de o mó- dulo ser enviado como uma parte pré-fabricada, tendo sido submetido a um controle de qualidade, para instalação, com menos etapas de montagem e de ajuste do que as requeridas durante a instalação. O gradeamento de difração, vantajosamente, é disposto na tra- jetória do feixe vindo do meio de gravação, mas ainda na frente a montante do fotodetector. Isso tem a vantagem de a combinação de feixe ocorrer ape- nas na trajetória para trás do feixe de varredura. O gradeamento de difração, assim, pode ser projetado para ser mais simples, uma vez que quaisquer erros, os quais podem ser causados por ele, raramente têm qualquer efeito na trajetória de feixe curta remanescente.

Neste caso, o gradeamento de difração e o elemento detector são, vantajosamente, integrados em um módulo, também.

Um gradeamento de difração adicional é disposto, preferencial- mente, na trajetória do feixe. Isso tem a vantagem de produzir feixes secun- dários adicionais, os quais são usados, por exemplo, para a trilhagem. Se o gradeamento de difração adicional for um gradeamento Ronchi, então, isto tem a vantagem de os feixes secundários serem produzidos para apenas um dos comprimentos de onda. Isso é particularmente vantajoso quando feixes secundários adicionais, por exemplo, para a realização do método de trilha- gem de três feixes conhecidos, forem pretendidos para serem usados em qualquer caso para apenas um dos comprimentos de onda. A invenção provê que apenas um dos dois diodos a laser seja operado em cada caso, para a leitura de um meio de gravação, enquanto ambos os diodos a laser são operados simultaneamente, de modo a se gra- var uma informação no meio de gravação. O gradeamento de difração, de acordo com a invenção, assegura que os pontos de luz dos diodos a laser sejam sobrepostos no meio de gravação ótico, de modo que a energia, a qual é requerida para a gravação ou o apagamento de dados, seja vantajo- samente aplicada por ambos os diodos a laser produzindo feixes de varredu- ra simultaneamente. Apenas um feixe de varredura é requerido em cada caso para leitura a partir do meio de gravação. Comprimentos de onda dife- rentes, preferencialmente, são providos para escrita ou apagamento, embora esteja no escopo da invenção que o mesmo comprimento de onda seja usa- do aqui.

Um método de acordo com a invenção, para a produção de um gradeamento de difração, em particular, para uso em um aparelho de acordo com a invenção, é que a estrutura de gradeamento e o perfil de linha de gra- deamento sejam definidos, para um perfil de altura correspondente, a ser determinado a partir disto e sejam subdivididos em um perfil de escada, e que as áreas de altura diferente, produzidas neste processo, sejam transfe- ridas para um local em branco, por meio de litografia e de um processo de ataque químico.

Outros refinamentos vantajosos da invenção estão contidos na descrição a seguir de montagens de exemplo. Nas figuras: A Figura 1: mostra uma trajetória de feixe usando-se dois dio- dos a laser; A Figura 2: mostra uma combinação de feixe por meio de um prisma de Wollaston; A Figura 3: mostra uma combinação de feixe por meio de um gradeamento de difração; A Figura 4: mostra um perfil de linha de um gradeamento de difração; A Figura 5: mostra uma trajetória de feixe usando-se um grade- amento de difração; A Figura 6: mostra uma estrutura de linha de um gradeamento de difração, de acordo com a invenção; A Figura 7: mostra uma trajetória de feixe para diodos a laser dispostos deslocados em relação ao disco ótico; A Figura 8: mostra um aparelho, de acordo com a invenção, que tem um gradeamento de difração no feixe di- vergente; A Figura 9: mostra um aparelho, de acordo com a invenção, que tem um gradeamento de difração no feixe pa- ralelo; A Figura 10: mostra um aparelho, de acordo com a invenção, que tem um gradeamento de difração na trajetória de verificação; A Figura 11: mostra uma tabela de eficiência de difração calcu- lada. A Figura 1 mostra a trajetória de feixe em um scanner ótico 3 de um aparelho para a leitura a partir de e/ou para a escrita em meios de gra- vação óticos 1, o qual tem dois diodos a laser LD1, LD2. Um assim denomi- nado diodo a laser gêmeo ou um diodo a laser duplo compreende um arranjo de dois diodos a laser separados LD1, LD2, os quais são integrados em um alojamento comum 2. Para aplicações no campo de scanners óticos 3, para a leitura a partir do e para a escrita nos meios de gravação óticos 1, um pri- meiro diodo a laser LD1 emite a um primeiro comprimento de onda λ, = 650 nm e um segundo diodo a laser LD2 emite a um segundo comprimento de onda λ2 = 780 nm. A radiação no segundo comprimento de onda λ2 é usada, no caso ilustrado, para a leitura a partir do e para a escrita no formato de CD mais antigo, enquanto o primeiro comprimento de onda λι é usado para os formatos de DVD mais novos. Como uma conseqüência das várias exigênci- as para os diferentes formatos de disco, todos os componentes do scanner 3 devem ser otimizados para ambos os comprimentos de onda λι, λ2. Assim, por exemplo, a lente colimadora 4 deve ter tão pouca dispersão quanto pos- sível e, mais ainda, a lente objetiva 5 deve compensar a aberração esférica das espessuras de substrato sd-ι, sd2, as quais são diferentes para CDs e DVDs. O meio de gravação 1 na Figura 1(a) é indicado, alternativamente, com uma espessura de substrato sdi para DVDs e com uma espessura de substrato sd2 para CDs. As trajetórias de feixe para os diodos a laser dife- rentes LD1, LD2 são ilustradas em figuras separadas, Figura 1(a) e Figura 1 (b), em nome da clareza. Aparelhos tais como esses estão sujeitos ao pro- blema a seguir: a princípio, o scanner ótico 3 é uma imagem de difração li- mitada da fonte de laser LD1, LD2 no disco de armazenamento ótico 1. No caso de um diodo a laser gêmeo, ambas as fontes de laser LD1, LD2 são separadas lateralmente no alojamento de montagem 2. Elas produzem dois feixes de varredura AS1, AS2, os quais correm ao longo do eixo ótico 9 do scanner 3. Eles passam através de um divisor de feixe 16 e têm a imagem formada pelo sistema ótico, que compreende a lente colimadora 4 e a lente objetiva 5 em dois pontos de luz mutuamente separados SP1, SP2 na ca- mada de porte de informação 6 no disco ótico 1. Esses dois pontos de luz SP1, SP2 podem ser considerados, por sua vez, como fontes de luz, as quais têm a imagem formada através da lente objetiva 5 e da lente cilíndrica 7 no plano do detector 8. O detector 8 é ilustrado inclinado até 90° na Figura 1c e, no caso ilustrado, tem quatro quadrantes A, B, C, D, os quais emitem um respectivo sinal elétrico A1, B1, C1, D1. Esses sinais são convertidos de uma maneira conhecida, a qual não será explicada em maiores detalhes aqui, por uma unidade de avaliação 10 para um ou mais sinais de informa- ção IS. Como uma conseqüência do astigmatismo, o qual é introduzido pela lente cilíndrica 7, as imagens SB1, SB2 dos dois pontos de luz SP1, SP2 no plano do detector não são mais de uma extensão de difração limitada, mas de um tamanho o qual é criticamente dependente do comprimento focal da lente cilíndrica 7. A separação original dos dois pontos SP1, SP2, assim, não é mais assegurada nas suas imagens SB1, SB2. O problema será ilustrado por um exemplo numérico: as duas fontes de laser LD1, LD2 são separadas, tipicamente, uma da outra lateralmente em cerca de Id = 0,1 mm. No plano do detector, isso leva a imagens SB1, SB2, as quais são, da mesma forma, separadas uma da outra em cerca de Id’ = 0,1 mm, dependendo do compri- mento focal da lente cilíndrica 7. A lente cilíndrica 7, em si, normalmente, é escolhida de modo que isto, da mesma forma, resulte em uma imagem SB1, SB2 de um ponto SP1, SP2 no detector 8, da mesma forma, tendo um diâ- metro db de cerca de db = 0,1 mm. Assim, na prática, duas imagens de ponto de luz mutuamente deslocadas SB1, SB2, cada uma tendo quatro quadrantes A, b, C, D, pode ser encontrada, cuja separação corresponde aproximadamente ao seu diâmetro db. Uma solução possível seria usar um padrão de detector formado a partir de dois fotodiodos, cada um tendo qua- tro quadrantes. Entretanto, esta opção de solução é dispendiosa de se im- plementar na prática, uma vez que a distância entre as duas imagens de ponto de luz SB1, SB2 no plano do detector 8 varia durante um ajuste da lente cilíndrica 7. A separação de imagem fixa, como predeterminado por um padrão de detector, assim, não pode ser mantida durante a construção e o ajuste do scanner ótico 3.

Um arranjo ótico é desejável, o qual permita o uso de um único detector 8 tendo quatro quadrantes. As duas imagens de ponto de luz SB1, SB2, assim, devem se adequar à mesma posição no plano do detector. A princípio, é possível distinguir entre duas abordagens de solução diferentes, para a obtenção deste objetivo: em primeiro lugar, a produção de dois pon- tos de luz SP1, SP2 no disco 1, os quais estão localizados lateralmente na mesma posição. Isso resulta nas duas imagens de ponto de luz SB1, SB2 serem concêntricas no plano do detector. Em segundo lugar, a formação de imagem dos pontos de luz SP1, SP2, os quais são lateralmente espaçados no disco 1, na mesma posição no plano do detector.

Para a última, é proposto que seja feito uso da característica bir- refringente de um prisma de Wollaston 11 na trajetória do detector. Isso é ilustrado na Figura 2. Por simplicidade, a ilustração mostra apenas aqueles feixes de varredura AS1, AS2 os quais correm para trás a partir do meio de gravação 1, na direção do detector 8. Embora o feixe de varredura AS1 no comprimento de onda λι atinja o prisma de Wollaston 11 como um feixe co- mum, e o deixe, novamente, sem ser refratado, o feixe de varredura AS2 no comprimento de onda λ2 é refratado, como um feixe extraordinário. O arran- jo, agora, é escolhido de modo que as imagens SB1, SB2 nos dois compri- mentos de onda λΊ, λ2 atinjam o detector 8 na mesma posição lateral. A es- colha de um prisma de Wollaston 11 para a combinação de feixe envolve as seguintes desvantagens: os vetores de polarização dos dois comprimentos de onda devem estar em ângulos retos um com o outro. Isso restringe o grau de liberdade para uma orientação variável dos dois diodos a laser LD1, LD2.

As técnicas de produção significam que os dois diodos a laser LD1, LD2 vir- tualmente podem nunca estar alinhados exatamente com uma polarização mutuamente perpendicular no alojamento. Isso torna o ajuste consideravel- mente mais difícil. A birrefringência do substrato do meio de gravação 1 gira a polarização como uma função da posição do scanner ótico em relação ao meio de gravação 1, particularmente quando se usam placas de fase de um quarto de onda, as quais são normalmente usadas para unidades de escrita, mas não são ilustradas aqui.

As desvantagens mencionadas acima tornam claro que uma combinação de feixe usando características dependentes de polarização de materiais não é desejável. Um método de acordo com a invenção, o qual permite uma combinação de feixe independente de polarização, com base nas duas abordagens de solução mencionadas acima, será descrito no texto a seguir. O princípio básico da invenção, como ilustrado na Figura 3, faz uso, no sentido inverso, da característica dispersiva de um gradeamento de difra- ção 12. Enquanto no caso de um espectrômetro de gradeamento, a radiação policrômica, a qual atinge o gradeamento em um ângulo de incidência fixo a, o deixa, novamente, de acordo com a equação de gradeamento: em ângulos β diferentes na sua enésima ordem de difração, a radiação nos diferentes comprimentos de onda λι e λ2, neste caso, atinge o gradeamento de difração 12 em ângulos oci e a2. O período de gradeamento d é escolhido de modo que resulte em ângulos de saída idênticos βι e β2, de acordo com a equação de gradeamento. Assim, para βΊ = β2 = 0: onde Πί e n2 descrevem as ordens de difração usadas para a combinação de feixe. Estes são escolhidos para serem independentes um do outro, desde o começo. Por exemplo, é possível escolher ni = 0 e n2 = 1, com ai = 0, re- sultando no período de gradeamento requerido se tornar: Soluções correspondentes da equação (2) são obtidas para ou- tras combinações das ordens de difração ni e n2. A radiação emitida nos comprimentos de onda λι e λ2 a partir dos dois diodos a laser atinge o gra- deamento de difração em ângulos ai e a2 em relação à normal com a super- fície. A figura mostra o ângulo de saída β, o qual, de acordo com a invenção, é escolhido para ser o mesmo para ambos os comprimentos de onda. A Figura 4 mostra uma otimização, de acordo com a invenção, do perfil de linha do gradeamento de difração 12. Um perfil de luz intensa é usado para esta finalidade na Figura 4(a), enquanto um perfil escalonado é usado como uma aproximação do perfil de luz intensa na Figura 4(b). O per- fil escalonado é representado, neste caso, por 4 degraus de altura. Os de- graus eqüidistantes h1f h2, h3 são escolhidos de modo que, na média, eles correspondam ao ângulo de luz intensa Θβ, como mostrado na Figura 4(a). A escolha adequada das ordens de difração ηΊ e n2 é feita, de acordo com a invenção, ao se considerar, adicionalmente, a eficiência de difração e. A eficiência de difração e determina quais componentes da luz de laser emitida nos comprimentos de onda λι, λ2 estão disponíveis para o sistema ótico do scanner 3. A princípio, a eficiência de difração e não ape- nas é dependente da escolha da ordem de difração ni, n2, mas é critica- mente dependente do fator de estrutura do gradeamento de difração 12, quer dizer, do perfil das linhas de gradeamento individuais 13. A Figura 4 ilustra exemplos de um perfil como esse de linhas de gradeamento 13. O perfil de luz intensa formado de modo assimétrico, ilustrado na Figura 4(a), de acordo com a invenção, é particularmente adequado para concentração de uma proporção tão grande quanto possível da radiação de difração ape- nas em uma ordem de difração n. Se a condição de luz intensa: for satisfeita exatamente para um gradeamento de difração 12 como esse, cujo substrato é caracterizado pelo índice de difração nr, então, uma eficiên- cia de difração e =1 é obtida para a ordem n correspondente, e e = 0 para todas as outras ordens. De fato, é evidente a partir da Figura 4(a) e da equação (4) que a condição de luz intensa não pode ser satisfeita simulta- neamente para ambos os comprimentos de onda λι e λ2. A eficiência de di- fração e é dada por: onde a(n) descreve a eficiência de difração de amplitude complexa. A variá- vel a(n) pode ser calculada para períodos de gradeamento que não sejam excessivamente pequenos por: onde Φ(χ) descreve a fase relativa de um feixe que atinge o degrau de gra- deamento no ponto x. Para um gradeamento de luz intensa: onde h(x) representa o perfil de altura de uma linha de gradeamento 13. A relação com o ângulo de luz intensa mostrado na Figura 4(a) é dada por: Se o perfil de gradeamento for otimizado para o comprimento de onda λι na ordem de difração m, então, isso resulta, para o comprimento de onda λ2 na ordem n2, em: assumindo que a dispersão do substrato de gradeamento, quer dizer, a mu- dança em nr com o comprimento de onda, é desprezível.

Foi descoberto que, de modo a se obter um campo de luz máxi- mo para ambos os comprimentos de onda para uma dada relação de λι / λ2 = 0,833, é particularmente vantajoso escolher as ordens de difração para se- rem n-ι = n2 = + 1. Como um exemplo, a Figura 11 mostra a eficiência de di- fração e para as várias ordens de difração n, assumindo um perfil de grade- amento com o qual a condição de luz intensa seja satisfeita exatamente para o comprimento de onda λι = 650 nm na primeira ordem. Esta condição de luz intensa é correspondentemente contravinda para o comprimento de onda λ2 = 780 nm. Entretanto, devido à diferença relativamente pequena entre os comprimentos de onda λι, λ2, é evidente que uma eficiência de difração e de mais de 90% também pode ser obtida para λ2. Além disso, a Figura 11 lista as eficiências de difração, as quais resultam com o perfil de gradeamento, neste caso, na forma de um perfil com 4 degraus, como esquematizado na Figura 4(b) e formado a partir de quatro degraus discretos. Um perfil tal como este pode ser produzido mais facilmente pela exposição litográfica e por processos subseqüentes de ataque químico do que o perfil de luz inten- sa ideal, o qual precisa ser fabricado mecanicamente. As alturas de degrau hi, h2, h3 e o número de degraus são escolhidos, neste caso, para a obten- ção da melhor aproximação possível para o perfil de luz intensa otimizado.

As eficiências de difração indicadas na Figura 11 para este perfil foram de- terminadas por uma avaliação numérica da equação (5). Neste caso tam- bém, foi descoberto que uma produção de mais de 70% pode ser obtida para ambos os comprimentos de onda λ-ι, λ2.

Arranjos específicos nos scanners óticos para uma combinação de feixe serão descritos no texto a seguir, em particular para ordens de di- fração de ni = n2 = ± 1. A Figura 5 mostra a trajetória de feixe em um aparelho de acor- do com a invenção, para uma combinação de feixe no feixe de varredura divergente AS1, AS2. A radiação, a qual é emitida de uma maneira diver- gente a partir dos dois diodos a laser LD1 e LD2, não tem aberrações após a difração no gradeamento de difração 12 e se propaga como se ambos os comprimentos de onda fossem originados a partir do mesmo ponto, a fonte virtual VS. Os distribuidores diodos a laser LD1 e LD2 são, neste caso, con- siderados como fontes de luz pontuais. Após a difração no gradeamento de difração 12, a radiação das duas fontes de luz LD1, LD2 se propaga como se ela fosse originada em uma fonte única, a assim denominada fonte virtual VS. Em relação à fonte virtual VS, as duas fontes reais LD1, LD2 estão loca- lizadas nos pontos de coordenadas laterais (0, yi) e (0, y2), respectivamente. A gradeamento de difração 12 está localizada a uma distância longitudinal Zo. Os feixes, os quais atingem o gradeamento de difração 12 de modo cen- tral, quer dizer, na coordenada (Z0, 0), correm ao longo do eixo ótico 9, após a difração, e o ângulo de saída β para ambos os feixes AS1, AS2 é zero. Os ângulos de incidência ai e a2 podem ser determinados, por um lado, a partir da geometria do arranjo como sendo: Por outro lado, eles devem satisfazer à equação de gradea- mento (1) para β = 0, de modo que isto resulta na condição: consignado com a última etapa na equação (11) sendo aplicável e no limite em que λι,2 « d. A equação (11) permite que a constante de gradeamento d, como requerido para uma recombinação, e a posição yi sejam determina- das para uma dada distância Ay entre o diodo a laser LD1 e o diodo a laser LD2. Por exemplo, uma constante de gradeamento de d = 13 pm e uma po- sição yi = 0,5 mm são obtidas para Z0 = 10 mm e Ay = 0,1 mm.

Se uma gradeamento de difração 12 linear simples com um pe- ríodo correspondente à equação (11) for usado, a combinação dos dois fei- xes de varredura AS1, AS2 é assegurada, mas não há um ponto de luz de difração limitada SP1, SP2 na camada de porte de informação 6 do meio de gravação 1. Isso é devido a aberrações, as quais ocorrem durante a difração do feixe divergente AS1, AS2 no gradeamento linear. De modo a impedir isto, o gradeamento de difração 12 de acordo com a invenção é estruturado para ser bem mais complexo do que um gradeamento de difração simples. A Figura 6 mostra a estrutura de linha de um gradeamento de difração 12 otimizado com linhas de gradeamento 13 curvas. Como pode ser visto, uma linha de gradeamento 13’ não é curva. A separação de linha d, neste caso, é descrita em forma cartesiana, como uma função das coorde- nadas (x, y) por dx (x, y) e dy (x, y). A estrutura correta do gradeamento de difração 12 é determina- da, como descrito no texto a seguir, para a radiação do diodo a laser LD1.

Uma correção perfeita para todas as aberrações é possível, apenas, para o comprimento de onda λι, λ2 de um dos dois diodos a laser LD1, LD2. As aberrações finitas na radiação a partir do diodo a laser LD2 são desprezí- veis, como mostrado por cálculos de simulação numérica.

Cada feixe, o qual se origina a partir do diodo a laser LD1, quer dizer, a partir do ponto (0, y-ι) e o qual atinge o gradeamento de difração 12 no ponto (xa, ya), é pretendido para serdifratado de modo que o feixe resul- tante corresponda àquele o qual é produzido na fonte virtual VS no ponto (0, 0) e passa através do ponto (xa, ya) sem ser difratado. Isso significa que a direção de saída do feixe difratado é igual à direção de incidência do feixe virtual. De modo que a difração nas linhas de gradeamento curvas 13 seja descrita corretamente, o período de gradeamento, como ilustrado na Figura 6, é separado nas coordenadas cartesianas dx e dy para cada coordenada de gradeamento (x, y). O ângulo de incidência a é subdividido em uma for- ma correspondente em seus componentes ax e ocy.

Assim, para um feixe de (0, yi) a (Xa, ya) na distância Z0: O feixe virtual da fonte virtual VS governa o ângulo de saída no- minal β, o qual é representado, do mesmo modo, na forma de componentes.

Isso é igual ao ângulo de incidência do feixe virtual, de modo que: Os períodos de gradeamento dx (xa, ya) e dy (Xa, ya) são escolhi- dos de modo que a equação de gradeamento (1) com ângulos ocx, ay, βχ, βγ, calculada acima, seja satisfeita em cada ponto (Xa, ya) para a primeira ordem de difração. Assim: O gradeamento de difração é completamente caracterizado pela equação 14, e pode ser subdividido em linhas de gradeamento iguais 13. De acordo com a invenção, a linha de gradeamento 13’ em ya = / 2 é um ponto adequado de origem para a estrutura de linha. Neste caso, o denomi- nador de dx tem uma singularidade, o que significa que a linha de gradea- mento 13’ corre paralela ao eixo x. O perfil de todas as outras linhas de gra- deamento 13 pode ser calculado por adição sucessiva de dy. A estrutura do gradeamento de difração 12, como ilustrado na Figura 6, corresponde quali- tativamente à estrutura calculada desta forma. A Figura 7 mostra a trajetória de feixe para todos os diodos a laser LD1, LD2, os quais são dispostos deslocados em relação ao eixo ótico 9. As setas em negrito, neste caso, indicam os ângulos de emissão dos má- ximos de intensidade. Os dois diodos a laser LD1 e LD2 são dispostos nor- malmente, de modo que a distribuição do ângulo do perfil de intensidade esteja alinhada paralela ao eixo Z. A distância lateral Ay (Zi) entre os máxi- mos de intensidade depende da distância y2(0) - y-i(O) entre os diodos a laser LD1, LD2 e a distância de propagação Zi - Z0. A descrição, até agora, ignorou a característica de emissão dos diodos a laser. Os diodos a laser LD1 e LD2 foram assumidos como sendo fontes de luz pontuais, cuja radiação não tem uma distribuição de ângulo específica. A Figura 7 mostra a direção na qual os máximos de intensidade finalmente se movem, ou como sua separação lateral Ay (Zi) aumenta na direção longitudinal. Assim, para esta separação: Se uma lente colimadora 4 estiver localizada em Zi, então, a distância Ay (Zi) permanece constante para Z > Zi. y2 - yi = 0,1 mm, Z0 = 10 mm e Zi = 20 mm, mais uma vez, serão assumidos como um exemplo nu- mérico. Assim, isso resulta nos máximos de emissão serem separados por 0,2 mm. Este valor é pequeno, em comparação com o diâmetro de abertura típico de uma lente objetiva 5 de cerca de 3 a 4 mm. Isso significa, na práti- ca, que a separação entre os máximos de intensidade é raramente evidente.

Em contraste, o deslocamento nos máximos de emissão em relação ao eixo 9’, que é mostrado, é mais crítico. Este deslocamento yi (Zi) assumirá apro- ximadamente cinco vezes o valor de Ay (Zi). Para o exemplo numérico aci- ma, isso significa que o máximo de intensidade é deslocado até cerca de 1 mm em relação ao eixo ótico 9’. Este deslocamento, assim, totaliza aproxi- madamente Va da abertura da lente e, assim, deve ser corrigido. De acordo com a invenção, isso é feito como se segue: as frentes de onda que emer- gem do gradeamento de difração 12 correspondem às ondas esféricas as quais se originam a partir de um ponto de emissão na fonte virtual VS. As- sim, é possível girar o sistema ótico subseqüente em quaisquer ângulos de- sejados em torno do ponto VS, sem as etapas prévias para a definição do gradeamento de difração 12 se tornarem inválidas. Assim, não há nenhuma mudança nas características dos feixes combinados AS1, AS2, a menos que as características do gradeamento de difração 12 sejam mudadas. A rotação a ser realizada é efetivamente provida em um ângulo tal que o máximo de intensidade do diodo a laser LD1 fique no eixo ótico 9 do sistema subse- qüente. A Figura 8 mostra um sistema total otimizado de forma correspon- dente. A Figura 8 mostra a estrutura geral do scanner ótico 8 com o gradeamento de difração 12 no feixe divergente. De modo a manter o deslo- camento dos máximos de intensidade dos dois diodos a laser LD1, LD2 em relação ao eixo ótico 9 do sistema ótico se seguindo o gradeamento de di- fração 12 tão pequeno quanto possível, a unidade compreendendo os dio- dos a laser LD1, LD2 e o gradeamento de difração 12 é girada em torno de um eixo, o qual está em ângulos retos com o plano do desenho e corre atra- vés da fonte virtual VS. O ângulo de rotação ótimo é o valor médio dos ân- gulos de emissão dos dois diodos a laser LD1, LD2, após a passagem atra- vés do gradeamento de difração 12.

De acordo com a invenção, quando se uma distância correspon- dente pequena Z0, um módulo 14 é provido como um componente total inte- grado, compreendendo um diodo a laser gêmeo LD1, LD2 e um gradea- mento de difração 12. A orientação do sistema ótico em relação ao gradea- mento de difração 12 é escolhida de modo que as ordens de difração rema- nescentes do gradeamento de difração 12 resultem em pontos de luz os quais são orientados em ângulos retos com as trilhas do disco ótico 1.

Quando se usam elementos detectores adicionais, os quais não são ilustra- dos aqui, esses pontos de luz lateral são usados para a detecção de uma inclinação radial do disco ótico. Um gradeamento adicional 14 é mostrado, como uma opção. Isso é usado para a detecção de qualquer erro de trilha- gem durante a reprodução de um disco de CD, com base no método de tri- Ihagem de três eixos conhecido. Estas linhas de gradeamento são, para esta finalidade, orientadas aproximadamente em ângulos retos com aquelas da gradeamento de difração 12, de modo que os pontos de luz laterais, os quais resultam do gradeamento adicional 15 no disco 1, sejam alinhados ao longo das trilhas. Uma vez que o gradeamento adicional 15 não é requerido para leitura a partir de discos de DVD, a invenção provê que um gradeamento como esse seja usado, no qual nenhuma difração ocorre para o código nu- mérico λι. Este é o caso, por exemplo, para um gradeamento de Ronchi com ΔΦ = π para 650 nm. A combinação de feixe no feixe colimado é mais simples do que no caso descrito acima. Neste caso, como é ilustrado na Figura 9, a radiação AS1, AS2, a qual emerge em uma forma divergente dos diodos a laser LD1 e LD2, é, antes de tudo, colimada por meio de uma lente colimadora 4 apro- priada. Devido às diferentes posições de objeto dos diodos a laser LD1 e LD2, o feixe colimado compreendendo os comprimentos de onda λι, λ2 tem ângulos de campo diferentes. Estes são combinados um com o outro pelo gradeamento de difração 12, de acordo com a invenção, o qual está locali- zado no feixe colimado. A difração de um feixe colimado a partir de um gra- deamento linear não resulta em quaisquer aberrações, e o gradeamento de difração 12, vantajosamente, é na forma de um gradeamento de difração simples. De modo a obter uma produção de fóton máxima para ambos os comprimentos de onda λι, λ2, ambos os campos de laser são difratados na respectiva primeira ordem, como já descrito. O período de gradeamento é projetado levando-se em consideração a diferença entre os ângulos de cam- po Δα = α2 - αι dos feixes colimados, de modo que: onde fcoii descreve o comprimento focal da lente colimadora 4. Sujeito à con- dição β = 0, a equação (2) é usada para se definir, de forma única, o período de gradeamento d e o ângulo de incidência ai: Exemplo numérico: para um comprimento focal de colimador de fCOii = 20 mm e uma separação lateral Ay = 0,1 mm, isso resulta em Δα = 0,286°. Usando-se a equação (17), o ângulo e o período de gradeamento podem ser definidos como ai = 1,43° e d = 26 pm, respectivamente. A Figura 10 mostra a combinação de feixe na trajetória para trás de um aparelho, de acordo com a invenção. O gradeamento de difração 12, neste caso, é disposto na trajetória de verificação dos scanners óticos 8.

Este arranjo corresponde àquele ilustrado na Figura 2, com um gradeamento de difração 12, de acordo com a invenção, sendo usado para combinações de feixe, ao invés do prisma de Wollaston 11. Neste caso, a radiação emitida a partir dos dois diodos a laser LD1 e LD2, inicialmente, não é combinada, de modo que, como é mostrado na Figura 1, dois pontos de luz lateralmente espaçados SP1, SP2 são produzidos na camada de informação 6 no disco ótico 1. A condição de fronteira de que ambos os pontos de luz SP1, SP2 tenham a imagem formada na mesma posição SB1, SB2 no plano de de- tector, neste caso, é satisfeita pelo gradeamento de difração 12 na trajetória para trás. A estrutura do gradeamento de difração 12, neste caso, pode ser na forma de um gradeamento linear simples, mesmo se ele estiver localiza- do na trajetória de feixe não paralela. As aberrações, as quais resultam da difração no gradeamento linear, são desprezíveis neste ponto, em contraste com a estrutura descrita em conjunto com as Figuras 5 a 8. Por razões de produção de fóton, o gradeamento de difração 12, mais uma vez, é usado para ambos os comprimentos de onda λι, λ2 na primeira ordem de difração.

Um módulo 14’, o qual contém o gradeamento de difração 12 e o detector 8, é ilustrado por linhas pontilhadas, como uma alternativa.

Opções de aplicação adicionais para a invenção são especifica- das nas reivindicações a seguir. As duas primeiras opções para combinação de feixe resultam em dois pontos de luz sobrepostos SB1, SB2 serem pro- duzidos no disco ótico 1. Durante uma operação normal de um scanner ótico 8, o uso sucessivo dos dois comprimentos de onda λι, λ2 é preferido, quer dizer, o diodo a laser LD1 no comprimento de onda λ = 650 nm para DVDs, e o diodo a laser LD2 no comprimento de onda λ = 780 nm para CDs, com o método de acordo com a invenção abrindo novas aplicações para o armaze- namento de dado ótico. Estas incluem, por exemplo, os assim denominados processos de dois fótons. Esses processos fazem uso de uma camada de memória 6 no disco 1, a qual usa transições eletrônicas moleculares para a escrita de uma unidade de informação. Neste caso, a transição molecular de um estado ZA para um outro estado ZB ocorre através de um nível interme- diário ZC. A luz do diodo a laser LD1 é usada, a título de exemplo, para se estimular a transição ZA ZC, enquanto a transição ZC -> ZB é estimulada pela radiação do diodo a laser LD2. Em contraste, a informação que foi es- crita é lida usando-se apenas um dos dois diodos a laser LD1, LD2. O uso desses processos de dois fótons tomará possível obter uma maior confiabili- dade de dados no futuro. Os assim denominados processos de "preaqueci- mento" são divisados como uma outra nova aplicação dos pontos de luz so- brepostos SP1, SP2. Neste caso, a título de exemplo, a luz do diodo a laser LD2 assegura que uma grande área das camadas de memória 6 no disco ótico seja aquecida, enquanto a informação é escrita na camada de memória 6 apenas pelos pulsos apropriados do diodo a laser LD1. Da mesma forma, isso tem vantagens em relação aos métodos de hoje em dia, em termos de melhor confiabilidade de dados em relação aos processos de apagamento e densidades de performance mais altas que podem ser obtidas. Densidades de performance mais altas são desejáveis, por exemplo, no caso de discos de armazenamento óticos 1 com várias camadas de porte de informação 6. A invenção se refere a um método de difração para a formação da radiação emitida a partir de dois diodos a laser LD1, LD2, de modo que seja possível usar um único detector 8. Por um lado, uma forma é indicada para a obtenção de dois focos dispostos de forma colinear SP1, SP2 no dis- co ótico 1, de modo que um único detector 8 possa ser usado. Por outro lado, uma forma é descrita para a formação de imagem dos pontos de luz SP1, SP2, os quais são separados no disco ótico 1, em um detector comum 8. O uso de um prisma de Wollaston 11 tem as desvantagens a seguir: a polarização dos diodos a laser LD1, LD2 não pode ser escolhida livremente.

Ele não pode ser usado na trajetória para frente, e uma separação lateral dos pontos de luz SP1, SP2 ocorre no disco 1. Os prismas de Wollaston 11 são componentes óticos comparativamente dispendiosos, uma vez que eles não podem ser fabricados a partir de plástico. O uso do gradeamento de di- fração 12 toma possível, de acordo com a invenção, que a radiação, a qual é emitida a partir de duas fontes de luz monocromáticas lateralmente separa- das, neste caso, diodos a laser LD1, LD2, seja formada de modo que os fei- xes de luz nos dois comprimentos de onda λ-ι, λ2 tenham um eixo comum 9, após a passagem através do gradeamento de difração 12. Isso torna possí- vel obter um conceito simples para um scanner ótico 8, para a reexecução e para a gravação de DVDs e CDs. A característica dispersiva da difração no gradeamento é usada para uma combinação da radiação, com a primeira ordem de difração n = + 1 sendo usada para ambos os comprimentos de onda λι, λ2. Uma estrutura de linha complexa para correção de aberrações é descrita para uso na trajetória para frente do scanner 8. De modo a obter uma eficiência de difração que seja tão alta quanto possível para ambos os comprimentos de onda λ-ι, λ2, quer dizer, de modo a se obterem perdas de luz baixas, uma geometria de luz intensa em forma discreta é usada para o formato de degrau do gradeamento de difração 12. Os processos de grava- ção com pré-aquecimento e de dois fótons são mencionados como aplica- ções possíveis adicionais do método.

Claims (15)

1. Aparelho para leitura a partir de e/ou para escrita em meios de gravação óticos (1), que tem um primeiro diodo a laser (LD1) para a produ- ção de um primeiro feixe de varredura (AS1) em um primeiro comprimento de onda (λι), e que tem um segundo diodo a laser (LD2) para a produção de um segundo feixe de varredura (AS2) em um segundo comprimento de onda (λ2), com os feixes de varredura (AS1, AS2) correndo ao longo de um eixo ótico comum (9), varrendo uma camada de informação (6) no meio de gra- vação (1) e caindo em um fotodetector único (8), de modo a se produzir um sinal de informação (IS), com um elemento de combinação de feixe sendo disposto em um ponto no eixo ótico (9), caracterizado pelo fato de o ele- mento de combinação de feixe ser um gradeamento de difração (12), o qual é otimizado para ambos os comprimentos de onda (λι, λ2) para uma ordem de difração mais alta do que zero.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o gradeamento de difração (12) ter linhas de gradeamento (13) com um perfil de luz intensa, ou com um perfil o qual é similar a este.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de linhas de gradeamento (13) terem um perfil escalonado (hi, h2, h3).

4. Aparelho, de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, ca- racterizado pelo fato de o gradeamento de difração (12) ter linhas de grade- amento curvas (13).

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de uma linha de gradeamento (13’) ser reta.

6. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de o gradeamento de difração (12) ser otimizado para a difração de primeira ordem para ambos os comprimentos de onda (λ-ι, λ2).

7. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de o primeiro diodo a laser (LD1) e o segundo diodo a laser (LD2) serem dispostos inclinados em relação ao eixo ótico (9).

8. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de o gradeamento de difração (12) ser disposto inclinado em relação ao eixo ótico (9).

9. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de o gradeamento de difração (12) ser orientado de forma tal que os pontos de luz laterais sejam orientados em ângulos retos com trilhas de informação no meio de gravação ótico (1).

10. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de o primeiro diodo a laser (LD1) e o segundo diodo a laser (LD2) e o gradeamento de difração (12) serem inte- grados em um módulo (14).

11. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de o gradeamento de difração (12) ser disposto a montante do fotodetector (8) na trajetória de feixe que vem do meio de gra- vação (1).

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o gradeamento de difração (12) e o fotodetector (8) serem inte- grados em um módulo (14’).

13. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de um gradeamento de difração adicio- nal (15), em particular, um gradeamento de Ronchi, ser disposto na trajetória de feixe.

14. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de ambos os diodos a laser (LD1, LD2) serem operados simultaneamente, de modo a se gravar uma informação no meio de gravação ótico (1), enquanto apenas um dos diodos a laser (LD1, LD2) é, em cada caso, operado para leitura.

15. Método para a produção de um gradeamento de difração (12), em particular, para uso em um aparelho como definido em uma das reivindicações precedentes, com a estrutura de gradeamento e o perfil de linha de gradeamento (h1; h2, h3) sendo definidos, com o perfil de altura cor- respondente sendo subdividido em superfícies de altura igual, e as áreas de altura igual sendo transferidas para um local em branco, por meio de litogra- fia e processos de ataque químico, caracterizado pelo fato de a estrutura de gradeamento ser calculada de forma tal que feixes divergentes em um pri- meiro comprimento de onda (λ-ι) e em um segundo comprimento de onda (λ2), os quais atingem o gradeamento (12) em uma ordem de difração mais alta do que zero, sejam difratados pelo gradeamento (12), de forma tal que eles correspondam, essencial mente, aos feixes a partir de uma fonte virtual (VS), a qual passa através do gradeamento (12) em uma ordem zero, sem serem difratados.