DE102004052492A1

DE102004052492A1 - Optisches Element zur Kompensation von sphärischer Aberration

Info

Publication number: DE102004052492A1
Application number: DE200410052492
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr. Knittel
Original assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2006-05-04

Abstract

Ein optisches Element (8) zur Kompensation von sphärischer Aberration umfassend mindestens zwei optisch transparente Substrate (10) und ein Fluid (9), wobei das Fluid (9) zwischen den optisch transparenten Substraten (10) angeordnet ist und der Abstand der beiden optisch transparenten Substrate (10) zueinander veränderbar ist, sowie ein optisches System (1), insbesondere zur optischen Datenspeicherung, umfassend eine Strahlungsquelle (2), eine Objektivlinse (4) zur Fokussierung einer von der Strahlungsquelle (2) emittierten Strahlung (3) auf einer in einem optischen Datenspeicher (5) angeordneten Datenträgerschicht (6), bei dem ein solches optisches Element (8) zur Kompensation von sphärischer Abberation während des Prozesses der Wechselwirkung der Strahlung (3) mit der Datenträgerschicht (6) im optischen Datenspeicher (5) im Strahlengang zwischen der Objektivlinse (4) und dem optischen Datenspeicher (5) angeordnet ist. Hierdurch wird ein optisches System zur Speicherung von Daten in einem optischen Datenspeicher geschaffen, welches einen einfachen optischen Aufbau mit nur geringen Leistungsverlusten aufweist und die Korrektur von sphärischer Abberation über einen großen Dickenbereich im optischen Datenspeicher erlaubt.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Element zur Kompensation von sphärischer Aberration, und ein optisches System, insbesondere zur optischen Datenspeicherung, umfassend eine Strahlungsquelle, eine Objektivlinse zur Fokussierung einer von der Strahlungsquelle emittierten Strahlung auf einer in einem optischen Datenspeicher angeordneten Datenträgerschicht, bei dem ein solches optisches Element zur Kompensation von sphärischer Abberation im Strahlengang zwischen der Objektivlinse und dem optischen Datenspeicher angeordnet ist.

Optische Systeme, welche auf der Fokussierung von Strahlung in einem Material beruhen, kommen üblicherweise bei der Speicherung und beim Auslesen von Informationen zum Einsatz, die in optischen Speichermedien gespeichert werden. Optische Speichermedien sind beispielsweise CDs oder DVDs, welche eine weite Verbreitung auf dem Markt von Speichermedien aufweisen, oder auch holographische Speichermedien. Der ständig steigende Bedarf der Verfügbarkeit an Informationen in großen Mengen erfordert schnelle und sichere Speicher- und Leseverfahren. Informationen, die im Speichermedium gespeichert werden, können im Allgemeinen digital oder analog sein. Dabei werden die digitalen Daten beispielsweise als zwei- oder dreidimensionale Bitmuster ein- und ausgelesen. Die zu speichernden Daten werden dabei mit einem mittels einer Strahlungsquelle erzeugten und entsprechend der Dateninformation modulierten Strahl in eine Datenträgerschicht des Speichermediums eingeschrieben, wobei die Daten nachfolgend wieder ausgelesen werden können.

Um die erreichbare Speicherkapazität eines Speichermediums zu erhöhen, muss die Größe des einzelnen Bits möglichst klein sein. Eine höhere Speicherkapazität wird unter anderem durch eine Verkleinerung des mit der Strahlung in Wechselwirkung tretenden Bereiches auf der Datenträgerschicht erzielt, was kleinere Fokusdurchmesser erfordert. Es gilt im Allgemeinen, dass eine Verkürzung der Wellenlänge der eingesetzten Strahlung aufgrund geringerer Beugung der Strahlung kleinere Fokusdurchmesser ermöglicht. Daher werden zur Erhöhung der Speicherkapazität Strahlungsquellen eingesetzt, welche mit Wellenlängen von bis zu 400nm in den blau-violetten Bereich vordringen, wobei diese Strahlungsquellen aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich Kompaktheit, Robustheit, Langlebigkeit und Effizienz Halbleiterlaserstrahlquellen wie etwa Laserdioden sind. Neben einer fortschreitenden Verkürzung der eingesetzten Wellenlängen kann ein verringerter Fokusdurchmesser ebenso durch eine Vergrößerung der sogenannten Numerischen Apertur (NA) eines optischen Systems erreicht werden. Die Numerische Apertur (NA) gibt dabei den Akzeptanzwinkel einer Strahlung wieder, welche von einem optisch dünneren in ein optisch dichteres Medium übergeht. Kleine Fokusdurchmesser sind durch große Öffnungswinkel erzielbar, wobei diese durch eine kleine Brennweite, d.h. kleine Arbeitsabstände erreichbar sind und/oder durch einen entsprechend großen Strahlungsdurchmesser am Ort der Objektivlinse.

Bei der Propagation von Strahlung durch optische Komponenten treten Abbildungsfehler auf, die zum einen auf Fertigungsfehler der optischen Komponenten wie Linsen entstehen, aber auch beim Übergang in einzelne optische Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes auftreten, da bei einem unkollimierten Strahl die Randzonen der Strahlung unter einem anderen Winkel in das Medium eintreten als die Mittelzonen. Die Rand- und Mittelzonen eines unkorrigierten Objektivs bündeln daher Lichtstrahlen nicht im Brennpunkt des Objektivs. Dies führt zu unterschiedlichen Schärfen des Bildes zwischen den Rand- und Mittelzonen. Objektivlinsen weisen daher eine asphärische, d.h. eine von einer Kugeloberfläche abweichende Form auf, so dass eine asphärische Krümmung der Objektivlinse Aberrationen ausgleicht, die aufgrund der in unterschiedlichen Winkeln auftreffenden Rand- und Mittenstrahlen auftreten können.

Bei der Anwendung derartiger optischer Systeme für die Speicherung und das Auslesen von Bitmustern in eine Datenträgerschicht innerhalb eines optischen Speichermediums tritt die Strahlung durch die Oberfläche des optischen Speichers hindurch. Bei einer großen Numerischen Apertur (NA) treten nun die Randstrahlen der Strahlung unter einem großen Winkel in das optisch dichtere Material des optischen Datenspeichers ein. Die dabei auftretenden Aberrationen erfordern eine Kompensation, da sich sonst der im optischen Datenspeicher entstehende Fokus vergrößert und das Ziel eines möglichst kleinen Fokusdurchmessers im Material nicht erreicht wird. Der Druckschrift „Advanced lens design for bit-wise volumetric optical data storage, Milster, T.D.; Zhang, Y.; Park, S-K.; Kim, J-S., Optical Science Center, University of Arizona, Tucson" ist eine Linsenanordnung zu entnehmen, in der über große Numerische Aperturen (NA) minimale Fokusdurchmesser realisiert werden. Nachteilhaft ist jedoch die sehr aufwendige Linsenanordnung und der extrem niedrige Arbeitsabstand zwischen dem optischen System und dem Speichermedium.

In der US 2003/0002425 A1 ist ein der Korrektur von optischen Aberrationen dienendes Flüssigkristallelement offenbart, welches über eine definierte Dickenverteilung eine vorbestimmte Phasenverteilung auf die Strahlung anwendet, um verschiedene Arten von optischen Aberrationen auszugleichen. Dabei wird die Dickenverteilung des Flüssigkristallfilms durch eine entsprechende Formung zweier Substrate festgelegt, zwischen denen der Flüssigkristallfilm eingeschlossen ist. Bei derartigen Systemen tritt das Problem auf, dass variierende optische Aberrationen nur in einem sehr begrenzten Maß kompensiert werden können.

Ändert sich beispielsweise die Fokustiefe im optischen Datenspeicher aufgrund einer Multilayerspeicherung derart, dass der Fokus von einer oberflächennahen Datenträgerschicht auf eine oberflächenferne Datenträgerschicht wechselt; sind Korrektursysteme gemäß dem Stand der Technik nicht hinreichend bzw. erfordern einen sehr hohen Aufwand hinsichtlich des optischen Aufbaus, und auftretende sphärische Aberrationen sind nicht korrekt kompensierbar. Bei der Anwendung von Flüssigkristallsystemen tritt zusätzlich das Problem hoher Leistungsverluste auf, die den Halbleiterlaserstrahlquellen eine erhöhte Leistungsabgabe abfordern und somit ihre Lebensdauer senken.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Element zur Kompensation von sphärischer Aberration vorzuschlagen, welches einen einfachen optischen Aufbau mit nur geringen Leistungsverlusten aufweist und die Korrektur von sphärischer Abberation über einen großen Bereich erlaubt.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem optischen Element zur Kompensation von sphärischer Aberration gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das optische Element mindestens zwei optisch transparente Substrate und ein Fluid aufweist, wobei das Fluid zwischen den optisch transparenten Substraten angeordnet ist und der Abstand der beiden optisch transparenten Substrate zueinander veränderbar ist.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein optisches System, insbesondere zur Speicherung von Daten in einen optischen Datenspeicher vorzuschlagen, welches einen einfachen optischen Aufbau mit nur geringen Leistungsverlusten aufweist und die Korrektur von sphärischen Abberationen über einen großen Dickenbereich im optischen Datenspeicher erlaubt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches System, insbesondere zur optischen Datenspeicherung, welches eine Strahlungsquelle und eine Objektivlinse zur Fokussierung einer von der Strahlungsquelle emittierten Strahlung auf einer in einem optischen Datenspeicher angeordneten Datenträgerschicht aufweist, sowie ein optisches Element gemäß der Erfindung zur Kompensation von sphärischer Aberration während des Prozesses der Wechselwirkung der Strahlung mit der Datenträgerschicht im optischen Datenspeicher.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, dass die sphärische Aberration, welche durch den Übergang der Strahlung in den optisch dichteren Datenspeicher auftreten, abhängig vom Abstand beider optisch transparenter Substrate und damit der Dicke der Fluidschicht, ausgleichbar sind. Fokussiert die Strahlung in einer geringen Tiefe im optischen Datenspeicher, so weisen die optisch transparenten Substrate einen großen Abstand auf, wohingegen bei einer Fokussierung in einer großen Tiefe auf einer tiefen Datenträgerschicht im optischen Datenspeicher der Abstand beider optisch transparenter Substrate verringert wird. Mit dieser einfachen Maßnahme ist die Kompensation sphärischer Aberration über einen sehr großen Dickenbereich möglich. Zudem weist das optische Element einen einfachen Aufbau auf, und der Abstand des optischen Elements zum optischen Datenspeicher ist unabhängig von der Tiefe der Datenträgerschicht, d.h. es liegt ein konstanter Arbeitsabstand vor. Unter einem Substrat sind hier nicht nur planparallele, optisch transparente Platten zu verstehen, sondern auch andere optische Komponenten. Beispielsweise kann auch eine Linse oder ein Gitter als Substrat dienen. Dabei ist es von Vorteil, wenn die der Flüssigkeit zugewandte Seite des optischen Elements eben ist, allerdings ist dies nicht zwingend erforderlich.

Eine weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass der spektrale Brechungsindex des optischen Fluids und der spektrale Brechungsindex des optischen Datenspeichers einen ähnlichen Wert aufweist, wobei beide Brechungsindizes vorzugsweise gleiche Werte aufweisen. In diesem Fall sind die für die Veränderung der Fokustiefe erforderliche Bewegung der Objektivlinse und die zugehörige Veränderung des Abstands der Substrate annähernd identisch, wodurch sich der steuerungstechnische Aufbau des optischen Systems vereinfacht. Weisen das Fluid und der optische Datenspeicher unterschiedliche spektrale Brechungsindizes auf, so muss die Veränderung des Abstands der Substrate entsprechend kleiner oder größer ausfallen, je nachdem ob das Fluid einen größeren oder kleineren spektralen Brechungsindex als der optische Datenspeicher hat. Das zwischen den beiden optisch transparenten Substraten angeordnete Fluid ist vorzugsweise Wasser, Alkohol oder ein Gel.

Der Abstand der Substrate kann beispielsweise dadurch geändert werden, dass Fluid in den/aus dem Raum zwischen den Substraten gepumpt wird. Aus konstruktiven Gründen ist es allerdings von besonderem Vorteil, wenn der Abstand der beiden optisch transparenten Substrate über mindestens ein Aktuatormittel veränderbar ist, wobei das Aktuatormittel vorzugsweise aus mindestens einem Piezoelement oder einem Mikromotor besteht. Um den Abstand der beiden das Fluid einschließenden optisch transparenten Substrate mit einer hohen Dynamik und entsprechend hoher Genauigkeit zu ändern, bieten sich Bewegungssysteme an, die auf dem piezoelektrischen Effekt beruhen oder einem Mikromotor entsprechen, wobei auch eine Kombination hieraus in Betracht gezogen werden kann. Insbesondere Mikromotoren bzw. Mikrostellantriebe bieten sehr hohe Wiederholgenauigkeiten, die für eine entsprechend genaue Kompensation sphärischer Aberration wünschenswert sind. Piezoelektrische Aktuatoren bieten zudem eine sehr hohe Dynamik mit großen Beschleunigungswerten. Aufgrund der speziellen Geometrie des Kompensationselements bieten sich ringförmige piezoelektrische Aktuatoren an. Die bei der Abstandsänderung auftretenden Volumen- und damit einhergehenden Druckänderungen zwischen den Substraten werden vorteilhafterweise durch geeignete elastische Membranen oder Luftaustrittslöcher kompensiert. Befindet sich zwischen den Substraten ein ausreichend großes Gasvolumen, kann auf einen Druckausgleich gegebenenfalls verzichtet werden.

Nach einer möglichen Weiterbildung des Systems wird vorgeschlagen, dass die mit dem Fluid in Kontakt stehenden innenliegende Oberflächen der optisch transparenten Substrate im inneren, durch die Strahlung maximal auszuleuchtenden Bereich eine Oberflächenbeschichtung aufweisen, wobei die Oberflächenbeschichtung eine Benetzung der innenliegenden Oberflächen mit dem Fluid verstärkt und dass die innenliegenden Oberflächen der optisch transparenten Substrate im äußeren, nicht durch die Strahlung auszuleuchtenden Bereich eine Oberflächenbeschichtung aufweisen, wobei die Oberflächenbeschichtung eine Benetzung der innenliegenden Oberflächen mit dem Fluid im äußeren Bereich vermindert. Durch die Kombination von fluidadhäsiven mit fluidtrennenden Beschichtungen über dem Radius der Substrate kann das Fluid zwischen den Substraten in eine Tropfenform gezwungen werden, da im Außenbereich eine Benetzung der Substrate mit dem Fluid verhindert wird. Die Rundung im Außenbereich des Fluids wird durch die Oberflächenspannung des Fluids gebildet, so dass das Fluid eine rotationssymmetrische Tropfenform im Raum zwischen beiden Substraten beibehält. Somit kann sich der Abstand beider Substrate ändern, wobei sich bedingt durch die Volumenkonstanz des Fluids das Fluid radial nach außen drücken lässt. Bei einer Vergrößerung des Abstandes der optisch transparenten Substrate hingegen zieht sich das Fluid aus dem Außenbereich wieder radial in die Mitte, so dass keine Einschlüsse, Luftblasen oder Asymmetrien hervorgerufen werden. Das Fluid verhält sich somit wie eine optisch transparente, elastische Masse.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die äußeren, nicht mit dem Fluid in Kontakt stehenden Oberflächen der optisch transparenten Substrate eine Antireflexbeschichtung aufweisen. Mit dieser Maßnahme wird die Effizienz des optischen Systems erhöht, da durch die Verhinderung von Reflexionen an den Oberflächen der Substrate Leistungsverluste minimiert werden. Wenn das Fluid und die Substrate unterschiedliche spektrale Brechungsindizes aufweisen ist es weiterhin von Vorteil, auch die inneren, mit dem Fluid in Verbindung stehenden Oberflächen der Substrate mit einer Antireflexbeschichtung zu versehen.

Eine weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass das Aktuatormittel zur Veränderung des Abstands der beiden optisch transparenten Substrate mit einem Aktuatormittel zur Bewegung der Objektivlinse elektrisch und/oder mechanisch gekoppelt ist. Insbesondere bei der Verwendung eines Fluids, welches den gleichen Brechungsindex wie das Material des optischen Datenspeichers aufweist, sind die Wege, die beide Aktuatormittel zurücklegen müssen, identisch. In diesem Fall bewirkt eine mechanische Kopplung beider Bewegungssysteme eine Vereinfachung des Gesamtaufbaus, da eine gemeinsame Bewegungseinrichtung sowohl für die Verstellung der Objektivlinse als auch für die Verstellung der Substrate des Kompensationsmittels verwendet wird. Die Kopplung der Bewegungen ermöglicht es zudem, die Objektivlinse als eines der Substrate zu verwenden.

Für die Kopplung sind mehrere Ausführungsformen möglich. Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die untere Seite des Kompensators fix über dem optischen Datenspeicher montiert, z.B. an einem optischen Pickup, welches zur groben Spur-Positionierung verschoben werden kann. Die Objektivlinse ist wie üblich auf einen Aktuator montiert. Die obere Seite des Kompensators bewegt sich dann im Einklang mit der Objektivlinse auf den optischen Datenspeicher zu oder von diesm weg, wenn in verschiedenen Tiefen des Datenspeichers gelesen werden soll. Seitliche und vertikale Auslenkungen der Objektivlinse, die durch den Tracking- oder Focus-Servo verursacht werden, stören das System nicht, da der Kompensator in gewissen Grenzen für Bewegungen der Objektivlinse invariant ist. Diese Ausführungsform hast den Vorteil, dass eine einfache Montage erreicht wird und kein zusätzliches Gewicht auf dem Aktuator lastet.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform erfolgt die Montage des Kompensators auf der Objektivlinse. Zwar muss hier das zusätzliche Gewicht auf dem Aktuator berücksichtigt werden, der Vorteil liegt aber darinn, dass die laterale Position fix ist und somit das Volumen des Fluids minimiert werden kann.

Für die Materialauswahl der sich im Strahlengang befindlichen Komponenten des Kompensationsmittels ist es von besonderem Vorteil, dass das optisch transparente Substrat aus einem Glas besteht, wobei das Glas vorzugsweise Quarzglas oder BK7 ist, oder dass das optisch transparente Substrat aus einem Kunststoff besteht, wobei der Kunststoff vorzugsweise Zeonex ist. Hinsichtlich des optisch transparenten Substrates ist ein Glasmaterial besonders vorteilhaft, da es eine hohe Steifigkeit aufweist, eine hohe optische Transparenz besitzt und für die meisten Beschichtungsverfahren verwendet werden kann. Bei der Wahl eines Kunststoffes wie Zeonex kann wiederum der Vorteil des im Vergleich zum Material des Datenspeichers gleichen Brechungsindex sowie des geringen Gewichts hervorgehoben werden, womit das gesamte Kompensationsmittel einen einheitlichen Brechungsindex aufweist und die Strahlung nur noch an den zwei äußeren optischen Grenzflächen gebrochen wird.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben oder werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung des Systems zur optischen Datenspeicherung mit dem optischen Element zur Kompensation von sphärischer Aberration, und
2 eine schematische Darstellung eines optisch transparenten Substrates mit entsprechenden Oberflächenbeschichtungen.
Die beigefügten Figuren sind schematische Darstellungen und dienen der Erläuterung der Erfindung. Gleiche und ähnliche Bauteile werden durch gleiche Bezugszeichen dargestellt. Die Richtungsangaben beziehen sich auf die Zeichnungsebene, sofern nicht etwas anderes angegeben ist.
Das in 1 dargestellte optische System 1 zur optischen Datenspeicherung weist zunächst eine Strahlungsquelle 2 auf. Die üblicherweise für die optische Datenspeicherung verwendete Strahlungsquelle 2 ist eine Laserstrahlquelle, die aus einer Halbleiterstrahlungsquelle wie einer Laserdiode bestehen kann. Die von dieser Strahlungsquelle emittierte Strahlung 3 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel ein kollimierter Laserstrahl, welcher auf eine Objektivlinse 4 trifft. Die Objektivlinse 4 fokussiert daraufhin die Strahlung 3 in der Ebene einer im optischen Datenspeicher 5 angeordneten Datenträgerschicht 6, aus der im Material befindliche Markierungen als Bit mit einer geringeren Lichtintensität ausgelesen werden können. Bei Verwendung einer höheren Laserleistung erreicht die Strahlung 3 im Fokus eine hohe Intensität, wodurch eine Wechselwirkung der Strahlung 3 mit dem Material der Datenträgerschicht 6 hervorgerufen wird. Diese Wechselwirkung bewirkt eine Veränderung des Materials in der Datenträgerschicht, indem beispielsweise eine Änderung des Brechungsindex erfolgt oder der Transmissionsgrad verändert wird.
Um die Speicherkapazität des optischen Datenspeichers 5 zu erhöhen, sind mehrere Datenträgerschichten 6 in unterschiedlichen Tiefen im optischen Datenspeicher 5 übereinander angeordnet. Daher muss die Strahlung 3 auf den verschiedenen Ebenen der im optischen Datenspeicher 5 angeordneten Datenträgerschichten 6 fokussiert werden. Hierfür wird die Objektivlinse 4 über ein Aktuatormittel 7 derart bewegt, dass der Abstand der Objektivlinse 4 zum optischen Datenspeicher 5 verändert wird und der Fokus der Strahlung 3 mitwandert. Das Aktuatormittel 7 besteht beispielsweise aus einem Piezoelement, einem Mikromotor oder Aktuatorspulen, welche eine elektrisch steuerbare Bewegung mit einer hohen Wiederholgenauigkeit zulassen.
Zwischen der Objektivlinse 4 und dem optischen Datenspeicher 5 ist ein optisches Element 8 angeordnet, um auftretende sphärische Aberrationen zu kompensieren. Das optische Element 8 weist ein Fluid 9 auf, welches zwischen zwei optisch transparenten Substraten 10 angeordnet ist. Aufgrund der sphärischen Aberration, welche durch die unterschiedlich tiefe Fokussierung im optischen Datenspeicher 5 eine unterschiedlich starke Kompensation erfordert, ist die Stärke der erforderlichen Kompensation des optischen Elements 8 abhängig von der Fokuslage. Zur Veränderung der Kompensationsstärke ist der Abstand der optisch transparenten Substrate 10 zueinander über ein Aktuatormittel 11 veränderbar. Wird der Abstand der beiden Substrate 10 durch das Aktuatormittel 11 verringert, so folgt das Fluid 9 der Dickenänderung. Das Fluid 9 wird zwischen den beiden Substraten 10 zusammengedrückt und bewegt sich dabei radial nach außen. Wird hingegen der Abstand der beiden Substrate 10 durch das Aktuatormittel 11 vergrößert, so bewegt sich das Fluid 9 derart, dass es radial nach innen gerichtet nachfließt und der Durchmesser des Fluidkörpers verkleinert sich wieder.
Wenn der Fokus der Strahlung 3 in einer geringen Tiefe, d.h. oberflächennah im optischen Datenspeicher 5 fokussiert wird, dann erfordert die Kompensation der sphärischen Aberrationen einen großen Abstand der Substrate 10. Befindet sich hingegen der Fokus in einer großen Tiefe oberflächenfern im optischen Datenspeicher 5, so erfordert die Kompensation einen geringen Abstand der beiden Substrate 10. Die Bewegung der Substrate 10 wird durch ein weiteres Aktuatormittel 11 erzeugt, durch welches die beiden Substrate 10 mechanisch aufgenommen sein können. Das Aktuatormittel 11 kann beispielsweise aus einem Piezoelement oder einem Mikromotor bestehen.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines optisch transparenten Substrates 10, wobei insbesondere die Bereiche der inneren Oberflächenbeschichtung 12 und der äußeren Oberflächenbeschichtung 13 hervorgehoben sind. Die Beschichtungen bewirken dabei unterschiedliche Oberflächeneigenschaften, wobei die innere Oberflächenbeschichtung 12 eine Benetzung der Substrate 10 mit dem Fluid 9 verstärkt und die äußere Oberflächenbeschichtung 13 eine Benetzung mit dem Fluid 9 verhindert. Diese Kombination der rotationssymmetrischen Oberflächenbeschichtungen bewirkt eine Tropfenform des Fluids 9, welches durch seine Oberflächenspannung im Randbereich eine Wölbung ausbildet. Dieser Effekt wird dadurch unterstützt, dass im Außenbereich keine Benetzung des Substrates 10 erfolgen kann. Der Durchmesser der inneren Oberflächenbeschichtung 12 entspricht dabei mindestens dem Durchmesser der Strahlung 3, so dass die Strahlung 3 nicht durch den die Wölbung im Fluid 9 aufweisenden Randbereich 13 hindurchtritt.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

1: optisches System
2: Strahlungsquelle
3: Strahlung
4: Objektivlinse
5: optischer Datenspeicher
6: Datenträgerschicht
7: Aktuatormittel
8: Kompensationsmittel
9: Fluid
10: Substrat
11: Aktuatormittel
12: Oberflächenbeschichtung
13: Oberflächenbeschichtung

Claims

Optisches Element (8) zur Kompensation von sphärischer Aberration umfassend mindestens zwei optisch transparente Substrate (10) und ein Fluid (9), wobei das Fluid (9) zwischen den optisch transparenten Substraten (10) angeordnet ist und der Abstand der beiden optisch transparenten Substrate (10) zueinander veränderbar ist.
Optisches Element (8) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der beiden optisch transparenten Substrate (10) über mindestens ein Aktuatormittel (11) veränderbar ist, wobei das Aktuatormittel (11) vorzugsweise aus mindestens einem Piezoelement oder einem Mikromotor besteht.
Optisches Element (8) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen den beiden optisch transparenten Substraten (10) angeordnete Fluid (9) vorzugsweise Wasser, Alkohol bzw. eine geeignete Kohlenwasserstoffverbindung oder ein Gel ist.
Optisches Element (8) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Fluid (9) in Kontakt stehende innenliegende Oberfläche des optisch transparenten Substrats (10) im inneren, durch eine Strahlung (3) auszuleuchtenden Bereich eine Oberflächenbeschichtung (12) aufweist, wobei die Oberflächenbeschichtung (12) eine Benetzung der innenliegenden Oberfläche mit dem Fluid (3) verstärkt.
Optisches Element (8) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die innenliegende Oberfläche des optisch transparenten Substrats (10) im äußeren, nicht durch die Strahlung (3) auszuleuchtenden Bereich eine Oberflächenbeschichtung (13) aufweist, wobei die Oberflächenbeschichtung (13) eine Benetzung der innenliegenden Oberfläche mit dem Fluid (9) im äußeren Berech vermindert.
Optisches Element (8) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere, nicht mit dem Fluid (9) in Kontakt stehende Oberfläche des optisch transparenten Substrats (10) eine Antireflexbeschichtung aufweist.
Optisches Element (8) gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optisch transparente Substrat (10) aus einem Glas, vorzugsweise Quarzglas oder BK7, oder einem Kunststoff, vorzugsweise Zeonex, besteht.
Optisches System (1), insbesondere zur optischen Datenspeicherung, welches eine Strahlungsquelle (2), eine Objektivlinse (4) zur Fokussierung einer von der Strahlungsquelle (2) emittierten Strahlung (3) auf einer in einem optischen Datenspeicher (5) angeordneten Datenträgerschicht (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es ein optisches Element (8) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Kompensation von sphärischer Aberration während des Prozesses der Wechselwirkung der Strahlung (3) mit der Datenträgerschicht (6) im optischen Datenspeicher (5) aufweist.
Optisches System (1) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der spektrale Brechungsindex des optischen Fluids (9) und der spektrale Brechungsindex des optischen Datenspeichers (5) einen ähnlichen Wert aufweisen, wobei beide Brechungsindizes vorzugsweise gleiche Werte aufweisen.
Optisches System (1) gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktuatormittel (11) zur Veränderung des Abstands der beiden optisch transparenten Substrate (10) mit einem Aktuatormittel (7) zur Bewegung der Objektivlinse (4) elektrisch und/oder mechanisch gekoppelt ist.