DE69838968T2 - Optischer Abtastkopf und Abtastvorrichtung für optische Platte - Google Patents

Optischer Abtastkopf und Abtastvorrichtung für optische Platte Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Abtastkopf und eine Vorrichtung für optische Speicherplatten und bezieht sich im Besonderen auf einen optischen Abtastkopf und eine Vorrichtung für optische Speicherplatten deren Strahlfleck sehr klein ist.
  • Bei Vorrichtungen für optische Speicherplatten nehmen von den Compactdiscs (CD) hin zu den digitalen Videodiscs (DVD) sowohl die Dichte als auch die Kapazität der optischen Speicherplatten zu. Dabei sind zunehmend Vorrichtungen für optische Speicherplatten mit einer größeren Kapazität gefragt, um bei Computern dem Trend in Richtung höherer Leistung und bei Bildschirmen dem Trend in Richtung einer höheren Bildschärfe zu entsprechen.
  • Die Aufzeichnungsdichte einer optischen Speicherplatte wird im Wesentlichen durch die Größe des auf dem Aufzeichnungsmedium gebildeten Strahlflecks begrenzt. Beim Bündeln des Lichts mittels einer Objektivlinse wird ein Durchmesser (Strahlfleckgröße) D1/2, bei dem die optische Intensität des Strahlflecks auf 1/2 abfällt, durch die nachfolgende Gleichung (1) bestimmt, wobei die Spurweite im Wesentlichen gleich dieser Größe ist. D1/2 = kλ(n·NA) (1)
  • Hierin ist k eine Proportionalitätskonstante (üblicherweise ungefähr 0,5), die von der Intensitätsverteilung des Strahls abhängt, λ bedeutet die Wellenlänge, n den Brechungsindex (üblicherweise Luft, nahezu 1) des Mediums an der Stelle des Strahlflecks und NA bezeichnet die numerische Apertur der Objektivlinse.
  • Da die NA bei Objektivlinsen, die bei den herkömmlichen optischen Speicherplatten verwendet werden, ungefähr 0,5 beträgt, entspricht D1/2 nahezu der Wellenlänge. Wie der Gleichung (1) ferner zu entnehmen ist, sind zum Erhalten eines ganz kleinen Strahlflecks kürzere Wellenlängen oder Objektivlinsen mit einer größeren NA wirksam. Entsprechende Entwicklungsanstrengungen wurden bereits unternommen. Bei DVDs wurde die Wellenlänge auf 0,65 μm reduziert und die NA der Objektivlinse von dem für CDs üblichen Wert von 0,45 auf 0,6 erhöht, so dass bei DVDs eine in etwa viermal höhere Dichte als bei CDs erreicht wird. Was die Wellenlänge angeht, so wurde darüber hinaus die Entwicklung von grünen oder blauen Leuchtmitteln energisch vorangetrieben. Andererseits nimmt bei einer NA von mehr als 0,6 der durch die Neigung der optischen Speicherplatte bedingte Einfluss der Signalintensitätsschwankungen erheblich zu. Folglich ist es bei einem herkömmlichen optischen Aufzeichnungssystem, das unter Verwendung eines Kunststoffsubstrats hergestellt wird, schwierig die NA über 0,6 hinaus zu erhöhen. Daher verlagert sich die gegenwärtige Entwicklung von optischen Speichern auf das Bündeln von Licht auf eine auf einem Kunststoffsubstrat ausgebildete Aufzeichnungsschicht, ohne das Licht durch das Kunststoffsubstrat hindurch zu leiten.
  • Zur radikalen Reduzierung der Strahlfleckgröße wurden für optische Aufzeichnungssysteme, bei denen das Licht direkt auf eine Aufzeichnungsschicht gebündelt wird, kürzlich die folgenden zwei, eine Nahfeldoptik verwendenden Systeme vorgeschlagen. Beide Systeme wurden durch die Übertragung von Hochauflösungstechniken für Mikroskope auf die optische Aufzeichnung erhalten.
  • Das erste System verwendet eine Nahfeldoptik für die Aufzeichnung, bei der aus dem spitzen Ende einer optischen Sonde Licht emittiert wird, deren spitzes Ende zu einer kleinen sich verjüngenden Form (mehrere zehn Nanometer oder weniger) poliert wurde. Dieses System weist mehrere Probleme auf, wie beispielsweise einen schwierigen und instabilen Betrieb der Sonde, eine Empfindlichkeit der Sonde gegenüber mechanischen Erschütterungen, eine kurze Lebensdauer und einen geringen Lichtausnutzungsgrad von 1/1000 oder weniger. Bevor die Sonde in der Praxis verwendet werden kann, bedarf es noch vieler Verbesserungen.
  • Bei dem zweiten System wird eine, aus einem transparenten Medium mit einem hohen Brechungsindex bestehende, halbkugelförmige Linse (massive Immersionslinse, nachfolgend als "SIL" [Solid Immersion Lens] abgekürzt), nahe dem Fokus einer Objektivlinse angeordnet, um dadurch im zentralen Bereich der SIL-Unterseite einen sehr kleinen Strahlfleck zum optischen Aufzeichnen auszubilden. Diese Technik weist eine vergleichsweise höhere Machbarkeit als das erste System auf. Da die Wellenlänge des Lichts im umgekehrten Verhältnis zum Brechungsindex der es aufnehmenden SILs kürzer wird, wird auch der Strahlfleck im Verhältnis hierzu kleiner. Der Großteil des zu diesem Lichtfleck gebündelten Lichts wird in Richtung der halbkugelförmigen Oberfläche der SIL total reflektiert, wobei ein Teil davon als Nahfeldlicht in die Umgebung des Strahlflecks außerhalb der SIL emittiert wird. Wird in dieser Umgebung ein Aufzeichnungsmedium, das nahezu denselben Brechungsindex wie die SIL aufweist, angeordnet (in einer ausreichend kleineren Entfernung als die Lichtwellenlänge), dann tritt das Nahfeldlicht in dieses Medium ein und pflanzt sich darin fort. Bei Verwendung dieses Lichts zum Aufzeichnen auf dem Medium ist eine hohe Aufzeichnungsdichte möglich. Da die Objektivlinse jedoch eine Aberration aufweist, muss die Aberration der Objektivlinse ausreichend gering gehalten werden. Nachfolgend werden die zwei Arten des Lichtbündelungssystems, bei dem diese SIL verwendet wird, beschrieben.
  • In der 13 ist ein optischer Abtastkopf der ersten Art dargestellt. Dieser optische Abtastkopf 50 weist eine Objektivlinse 52 zum Bündeln eines kollimierten Strahls 51 und eine halbkugelförmige SIL 54 auf, die so angeordnet ist, dass deren Unterseite 54a das von der Objektivlinse 52 gebündelte Licht kreuzt. Ein in die Objektivlinse 52 einfallender kollimierter Strahl 51 wird von der Objektivlinse 52 gebündelt, wobei das von der Objektivlinse 52 gebündelte Licht 53 in die halbkugelförmige Oberfläche 54b der SIL 54 einfällt und zum Ausbilden eines Strahlflecks 55 am Zentrum der Unterseite 54a der SIL 54 gebündelt wird. Der Durchmesser des Strahlflecks 55 am optischen Abtastkopf 50 verkleinert sich im umgekehrten Verhältnis zum Brechungsindex der SIL 54. Wird das Aufzeichnungsmedium 56 nahe an den Strahlfleck 55 herangeführt, dann fällt das Nahfeldlicht in der Umgebung des Strahlflecks 55 als übertragenes Licht in das Aufzeichnungsmedium 56 ein.
  • In der 14 ist ein optischer Abtastkopf der zweiten Art dargestellt. Dieser optische Abtastkopf 50 umfasst eine Objektivlinse 52 zum Bündeln eines kollimierten Strahls 51 und eine unten abgeflachte SIL 54, die so angeordnet ist, dass ihre Unterseite 54a das von der Objektivlinse 52 gebündelte Licht 53 kreuzt. Die SIL 54 ist so angeordnet, dass sie das von der Objektivlinse 52 gebündelte Licht 53 bricht und weiter bündelt. Die SIL 54 ist so ausgebildet, dass der kollimierte Strahl 51 in einem Abstand r/n (r ist der Radius der SIL) vom Zentrum 54c der halbkugelförmigen Oberfläche 54b (genannt "Super-SIL-Struktur") gebündelt wird, wobei wegen der SIL 54 kleine sphärische Aberrationen auftreten können. Hierdurch kann die numerische Apertur innerhalb der SIL 54 gegenüber der in 13 gezeigten Objektivlinse 52 um das n-Fache vergrößert und der Strahlfleck 55 dadurch außerdem sehr klein gemacht werden. Das bedeutet, wie der nachfolgenden Gleichung (2) zu entnehmen ist, dass man einen sehr kleinen Strahlfleck erhalten kann: D1/2 = kλ/(n·NAi) = kλ(n 2·NAo) (2)
  • Hierin bedeuten NAi die numerische Apertur innerhalb der SIL 54 und NAo die NA des in die SIL 54 einfallenden Lichts.
  • Die NA des in diese Super SIL 54 einfallenden Lichts, das heißt, der Maximalwert θmax des Einfallswinkels θ, steht jedoch im umgekehrten Verhältnis zum Brechungsindex n der SIL 54, so dass die beiden nicht unabhängig voneinander groß gemacht werden können.
  • 15 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Brechungsindex n der Super-SIL 54 und der NAo, wie er von Suzuki gemäß der #0C-1 der Asia-Pacific Data Storage Conference (Taiwan, '97, 7) erhalten wurde (nachfolgend als "Erstes herkömmliches Beispiel" bezeichnet). Wie der 15 entnommen werden kann, wird der Maximalwert NAomax, den die NAo des einfallenden Lichts annehmen kann, bei stetiger Erhöhung des Brechungsindex n der SIL schrittweise kleiner. Dies liegt daran, dass, wenn die NAo über den maximalen Wert NAomax hinaus erhöht und der Einfallswinkel größer wird, der Strahlfleck 55 an der Stelle des Aufzeichnungsmediums 56 breiter wird, so dass das Licht nicht durch die SIL 54 hindurchtritt, sondern direkt auf das Aufzeichnungsmedium 56 auftrifft. Bei einem Brechungsindex von zum Beispiel n = 2 beträgt NAomax 0,44, und das Produkt n·NAomax bewegt sich in einem Bereich von 0,8 bis 0,9. Dies ist die theoretische Grenze, so dass der Wert in der Realität geringer (0,7 bis 0,8) ausfällt.
  • Das Bündelungsexperiment unter Verwendung der Super-SIL wurde von B. D. Terris et al. in Appl. Phys. Lett. Bd. 68 ('96) (nachfolgend als "Zweites herkömmliches Beispiel" bezeichnet) veröffentlicht. Wie in dieser Veröffentlichung dargelegt, wird eine Super-SIL mit einem Brechungsindex von n = 1,83 zwischen einer Objektivlinse und einem Aufzeichnungsmedium zum Bündeln eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge von 0,83 μm angeordnet. Damit wird eine Strahlfleckgröße von 0,317 μm erreicht. Mit anderen Worten wird ein Bündelungsäquivalent von D1/2 = λ/2,3 geschaffen, wobei in diesem Fall NA gleich 0,4 und n·NAmax ungefähr gleich 0,73 sind. Es wurde auch die Möglichkeit einer Aufzeichnungsdichte (3,8 × 108 Bits/cm2) mit diesem System verifiziert, die ein Vielfaches der herkömmlichen Dichte beträgt.
  • 16 zeigt eine Vorrichtung für optische Speicherplatten (nachfolgend als "Drittes herkömmliches Beispiel" bezeichnet), die in der US-Patentschrift Nr. 5,497,359 beschrieben ist. Diese Vorrichtung für optische Speicherplatten 500 umfasst eine optische Speicherplatte 501, die durch Ausbilden einer Aufzeichnungsschicht 501b auf einem Kunststoffsubstrat 501a erhalten wird, einen an einer Grundplatte 502 vorgesehenen Motor 504, der die optische Speicherplatte 501 über die Welle 503 in Drehung versetzt, einen Fluggleiter 505 aus einem transparenten Medium, der über der Aufzeichnungsschicht 501b der optischen Speicherplatte 501 schwebend verfahren werden kann, eine auf dem Fluggleiter 505 befestigte halbkugelförmige SIL 54, eine optische Abtastsystemeinheit 510 zum Erzeugen von Signalen zur automatischen Fokus- und Spursteuerung bzw. um aus dem Licht, das von einem optischen System zur Formung und Bündelung eines Halbleiterlaserstrahls reflektiert wurde, Datensignale zu erzeugen, sowie eine optische Speicherplatte 501, einen Ausleger 506A zum Lagern der optischen Abtastsystemeinheit 510, einen an dem Ausleger 506A angebrachten Ausleger 506B zur Aufnahme des Fluggleiters 505 und einen Schwingspulenmotor (VCM [voice coil motor]) 507, der an der Grundplatte 502 als Antrieb des Auslegers 506A vorgesehen ist, damit Zugriff und Spurführung durch die SIL 54 und die optische Abtastsystemeinheit 510 gleichzeitig bewirkt werden.
  • 17 zeigt eine Detailansicht der SIL 54 und des Fluggleiters 505 des dritten herkömmlichen Beispiels. Der Fluggleiter 505 ist aus einem transparenten Medium gefertigt, das nahezu denselben Brechungsindex wie die SIL 54 aufweist. Der Fluggleiter 505 ist an der halbkugelförmigen SIL 54 befestigt, wobei der Laserstrahl auf die untere Oberfläche des Fluggleiters 505 zur Ausbildung eines Strahlflecks 55 gebündelt wird. Die Super-SIL setzt sich hierbei aus dem Fluggleiter 505 und der SIL 54 zusammen.
  • 18 zeigt eine Detailansicht einer optischen Abtastsystemeinheit 510 gemäß dem dritten herkömmlichen Beispiel. Bei dieser optischen Abtastsystemeinheit 510 wird das herkömmliche, allgemein übliche optische System übernommen, wobei dieses System nicht verbessert wurde, um es speziell an die SIL 54 anzupassen. Genauer gesagt umfasst die optische Abtastsystemeinheit 510 einen Halbleiterlaser 511 zum Emittieren eines Laserstrahls 511a, eine Kollimatorlinse 512 zum Kollimieren der von dem Halbleiterlaser 511 abgegebenen optischen Leistung 511a zu einem kollimierten Strahl 511b, einen Strahlteiler 513 zum Aufteilen der von dem Halbleiterlaser 511 abgegebenen optischen Leistung 511b und zum Aufteilen des Lichts, das von der optischen Speicherplatte 501 reflektiert wird, einen Spiegel 514, eine Objektivlinse 516A, die über einen Aktuator 515 angesteuert wird und einen von dem Halbleiterlaser 511 herrührenden kollimierten Strahl 511c auf die optische Disk 501 bündelt, einen Fotodetektor 517 zum Detektieren des von der optischen Speicherplatte 501 reflektierten Lichts, das von dem Strahlteiler 513 aufgeteilt und über eine Linse 5168 fokussiert wird, und einen Verstärker 518 zum Verstärken von Datensignalen (DAT) oder Steuersignalen (FES, TES), die von dem Fotodetektor 517 ausgegeben werden. Als SIL 54 wird eine Linse mit einem Durchmesser von 2 mm verwendet, wobei in diesem Fall aber die Strahlgröße an der Position der Objektivlinse 516A ungefähr 4 mm beträgt. Daher ist für jede optische Systemkomponente 512, 513, 514, 516A und 5168 der optischen Abtastsystemeinheit 510 eine effektive Apertur von 4 mm erforderlich, die in etwa der Strahlgröße entspricht oder größer ist.
  • Die Vorrichtung für optische Speicherplatten 500 besitzt außerdem eine Spursteuerung mittels einer einstufigen Steuerung unter Verwendung von nur einem VCM 507 und eine automatische Fokus steuerung zum Ansteuern der Objektivlinse 516A über einen Aktuator 515. Da die Tiefenschärfe umgekehrt zum Quadrat der NA oder zur dritten Potenz von n abnimmt, beträgt die Tiefenschärfe im Falle einer Bündelung unter Verwendung der SIL 54 0,2 μm oder weniger. Da andererseits zwischen der Objektivlinse 516A und der SIL 54 ein konvergierender Strahl vorliegt, nimmt die Tiefenschärfe aufgrund der Temperaturschwankungen, die zu einer Fokusverschiebung führen, zu und ab. Da ferner auch die Laserwellenlänge mit der Temperatur schwankt, kommt es auch aufgrund der chromatischen Aberration der Objektivlinse 516A zu einer Fokusverschiebung. Aus diesem Grund ist zum Verringern der oben beschriebenen Fokusverschiebungen eine hochgenaue Fokussteuerung notwendig.
  • Bei einer Vorrichtung für optische Speicherplatten, bei der eine SIL verwendet wird, die sich nahe über dem Aufzeichnungsmedium schwebend über dieses bewegt, eignet sich der optische Abtastkopf für Anwendungen, bei denen eine stationäre und nicht ersetzbare optische Speicherplatte ähnlich einer herkömmlichen magnetischen Festplatte verwendet wird. Aus diesen Gründen ist eine hohe Volumenaufzeichnungsdichte bei Plattenstapeln mit mehreren Köpfen und mehreren Platten genauso unverzichtbar wie eine hohe Aufzeichnungskapazität und eine hohe Datenübertragungsrate. Im Fall der neuesten Festplatte, deren Plattenabstand 3 mm oder weniger beträgt, muss die Höhe des optischen Abtastkopfs auf die des Kopfs für eine Festplatte (ungefähr 2 mm oder kleiner) verringert werden.
  • 19 zeigt einen optischen Abtastkopf (nachfolgend als "Viertes herkömmliches Beispiel" bezeichnet), der in der U.S.-Patentschrift Nr. 5,497,359 beschrieben ist und entwickelt wurde, um dem Erfordernis einer Miniaturisierung des optischen Abtastkopfs gerecht zu werden. Dieser optische Abtastkopf 50 wird durch Integration einer SIL 54, einer Objektivlinse 516A, eines Halbleiterlasers und eines optischen Detektionssystems auf einem Fluggleiter 505 hergestellt. In der 19 sind der Halbleiterlaser und das optische Detektionssystem zu einem einzelnen Block 520 zusammengefasst dargestellt, der über ein Montageelement 521 auf dem Fluggleiter 505 befestigt ist. Da der Abstand zwischen der Objektivlinse 516A und dem Block 520 kürzer ausgeführt ist, um die Einflüsse von Temperaturänderungen zu verringern, besteht keine Notwendigkeit für irgendeinen automatischen Fokuskontrollmechanismus.
  • In "Digest of Optical Data Storage ('93) S. 93 "ist hingegen ein herkömmlicher optischer Abtastkopf mit verringertem Gewicht vorgestellt (nachfolgend als "Fünftes herkömmliches Beispiel" bezeichnet). Dieser optische Abtastkopf übernimmt ein aufgeteiltes optisches System, bei dem der Halbleiterlaser und die Detektionseinheit von der Objektivlinse getrennt und feststehend ausgeführt sind, und bei dem nur der Objektivlinsenabschnitt über ein VCM bewegt wird. Die Spurführung wird mittels einer zweistufigen Steuerung vorgenommen, bei der der VCM zur Spurführung in einem niederfrequenten Bereich eingesetzt wird, während zur Spurführung im hochfrequenten Bereich ein galvanisch betriebener Spiegel verwendet wird. Dadurch ist es möglich, das Gewicht des beweglichen Teils einschließlich der Objektivlinse auf 7 g einschließlich des VCM zu reduzieren. Auch ist es bei einer Spurführung unter Einsatz einer zweistufigen Steuerung möglich, das Frequenzband auf ungefähr 30 kHz (Gewinn von etwa 80 dB) zu vergrößern.
  • Die 20 zeigt eine herkömmliche Vorrichtung für optische Speicherplatten (nachfolgend als "Sechstes herkömmliches Beispiel" bezeichnet), wie sie in der Veröffentlichung "The Nikkei Electronics Journal (Nr. 699, S. 13, 22.9.'97)" beschrieben ist. Diese Vorrichtung für optische Speicherplatten 500 weist ein aufgeteiltes optisches System auf, bei dem ein galvanisch betriebener Spiegel zur Sparführung verwendet wird. Sie umfasst außerdem einen Fluggleiter 505, der schwebenden über einer optischen Speicherplatte 501 verfahrbar ist, eine (nicht gezeigte) SIL, eine Objektivlinse 530 sowie einen Klappspiegel 531, die auf dem Fluggleiter 505 angebracht sind, einen Ausleger 532 zum Lagern des Fluggleiters 505, einen VCM 533 als Antrieb des Auslegers 532, ein stationäres optisches System 534 und einen Spiegel 535 um das Lichts von dem stationären optischen System 534 auf die Objektivlinse 530 zu richten. Durch die Übernahme des aufgeteilten optischen Systems ist es möglich, das Gewicht des beweglichen Teils zu reduzieren und das Frequenzband zur Spurführung wie im Falle des fünften herkömmlichen Beispiels zu vergrößern.
  • Bei dem ersten und zweiten herkömmlichen Beispiel tritt jedoch das Problem auf, dass die theoretischen Grenzen des Produkts n·NAmax bei 0,8 bis 0,9 liegen, denn der Brechungsindex n der SIL steht in umgekehrter Beziehung zum Maximum NAmax, so dass man einen Strahlenfleck großer Abmessung erhält und keine höhere Dichte erzielt werden kann.
  • Auch in der Vorrichtung für optische Speicherplatten 500 gemäß dem dritten herkömmlichen Beispiel ist ein Strahldurchmesser von ungefähr 4 mm erforderlich, da die SIL 54 eine Linse mit einem Durchmesser von 2 mm verwendet. Da die Objektivlinse 516A ferner eine geringe chromatische Aberration aufweisen muss, ist die Linsenabmessung (Durchmesser oder Höhe) groß und führt zu einem großen optischen System. Da außerdem für den in die SIL 54 einfallenden Strahl ein konvergierender Strahl verwendet wird, wird ein automatischer Fokuskontrollmechanismus benötigt, da sich der Konvergenzpunkt abhängig von den Temperaturschwankungen ändert. In der Folge weist der optische Kopf ein Gewicht von 10 g oder mehr und eine Höhe von ungefähr 10 mm auf, so dass die Abstände, zwischen den gestapelten optischen Speicherplatten 501 groß sind und sich das Problem ergibt, dass die Volumenkapazität nicht wie bei der magnetischen Festplatte ausreichend klein gemacht werden kann.
  • Genauer gesagt kann die Größe des gesamten optischen Systems kleiner gemacht werden, indem der Durchmesser der SIL 54 kleiner gemacht wird, wobei gleichzeitig die Dicke des Fluggleiters 505 dünner gemacht werden muss, wodurch eine Begrenzung dahingehend gegeben ist, wie klein das System gemacht werden kann. Und zwar wird die Dicke des Fluggleiters 505 im Wesentlichen gleich einem Abstand r/n zwischen dem Zentrum und dem Fokuspunkt, wobei die Dicke des Fluggleiters 250 μm wird, wenn ein Medium mit einem Brechungsindex von 2 verwendet wird und der Radius der SIL 54 0,5 mm beträgt. Dies ist die minimale Dicke zur Aufrechterhaltung der mechanischen Stabilität.
  • Außerdem besteht das Problem, wenn das Gewicht des optischen Abtastkopfs 10 g überschreitet, dass weder die Hochgeschwindigkeitsspurführung ausgeführt noch die Datenübertragungsrate erhöht werden kann.
  • Bei dem optischen Abtastkopf 50 des vierten herkömmlichen Beispiels besteht, da es eigentlich sehr schwer ist, den optischen Abtastkopf 50 zu miniaturisieren und ein automatischer Fokuskontrollmechanismus benötigt wird, das Problem, dass die Höhe des optischen Abtastkopfs 50 zunimmt und es schwer wird, die Vorrichtung so klein wie im Falle des dritten herkömmlichen Beispiels auszuführen.
  • Auch wenn man annimmt, dass keine automatische Fokussteuerung benötigt wird, ist das optische System außerdem gegenüber einer Ausdehnung und Schrumpfung der Lagerungselemente des optischen Systems aufgrund von Temperaturschwankungen empfindlich. Außerdem muss die von den Schwankungen der Laserwellenlänge verursachte Fokusverschiebung korrigiert werden, wodurch es schwierig wird, auf den automatischen Fokuskontrollmechanismus zu verzichten.
  • Bei dem optischen Abtastkopf gemäß dem fünften herkömmlichen Beispiel besteht das Problem, dass keine hohe Datenübertragungsrate erzielt werden kann, da der galvanisch betriebene Spiegel im Hochfrequenzbereich Begrenzungen aufweist.
  • Genauer gesagt wird bei kleiner werdendem Strahlfleck die Spurbreite enger und entsprechend wird eine schnellere und leistungsfähigere Spursteuerung benötigt. Die Größe der Spurbreite entspricht in etwa 70% einer gewöhnlichen Strahlfleckgröße D1/2, wie sie bei DVDs vorliegt. Entsprechend ist bei einer Strahlfleckgröße D1/2 von 0,31 μm die Spurbreite 0,2 μm und bei Verwendung eines blauen Lasers (410 nm) beträgt die Spurbreite 0,1 μm oder weniger. Andererseits muss die Spurführung üblicherweise mit einer Toleranz von ungefähr einem Zehntel der Spurbreite ausgeführt werden, sprich, die Spurführung erfordert eine Genauigkeit von ± 0,01 μm. Da die Spuren durch Vorabprägungen in der optischen Speicherplatte gebildet werden, entsteht außerdem eine um ± mehrere zehn Mikrometer dezentrierte Spur während des Prozesses. Um diese Spur mit einer Toleranz von ± 0,01 μm zu verfolgen, muss ein Spurführungsfehler von ± 0,01 μm über ± mehrere zehn Mikrometer erfassbar sein, wobei das Steuersystem eine Verstärkung von mehr als 80 dB benötigt. Da das Spursteuerungssystem außerdem ein sekundäres System ist und sich das Band mit –40 dB/Dekade aufweitet, wird die Drehgeschwindigkeit auf 3.600 Upm gesetzt, wobei ein Frequenzband von ungefähr 200 kHz erforderlich ist, um die Spurführung mit 0,01 μm auszuführen. Genauer gesagt liegt selbst bei einer wie oben erläuterten Verwendung eines galvanisch betriebenen Spiegel ein 30 kHz-Band vor, wodurch es schwierig wird, die Spurführung mit einer einstufigen Steuerung vorzunehmen. Man muss die Drehgeschwindigkeit um eine oder mehrere Größenordnungen reduzieren oder einen leichtgewichtigeren oder leistungsfähigeren Antriebsmechanismus als den galvanisch betriebenen Spiegel verwenden. Üblicherweise werden eine höhere Datenübertragungsrate sowie eine höhere Datendichte gefordert, eine Verringerung der Umdrehungsgeschwindigkeit bedeutet jedoch eine im Verhältnis hierzu stattfindende Verringerung der Datenübertragungsrate, und somit ein Problem.
  • Auch bei einer Vorrichtung für eine optische Speicherplatte 500 gemäß dem sechsten herkömmlichen Beispiel beträgt die Höhe des optischen Abtastkopfs nahezu 10 mm, da die Strahlgröße auf 4 bis 5 mm festgelegt ist, um Positionsabweichungen des Strahls, die von der Bewegung des optischen Abtastkopfs herrühren, zu reduzieren. Daher müssen die optischen Speicherplatten 501 mit relativ großen Abständen gestapelt werden, wodurch es schwer fällt, eine Vorrichtung mit kleinen Abmessungen herzustellen. Auch beträgt, obwohl die Wellenlänge mit 680 nm ungefähr 20% kürzer als in dem oben beschriebenen Beispiel ist, der Spurabstand 0,34 μm und ist damit größer ausgelegt als der theoretische Wert von 0,2 μm der Fleckgröße in diesem System, so dass der Vorteil der SIL nicht vollständig genutzt wird.
  • Die jeweiligen oben beschriebenen Probleme rühren von der Tatsache her, dass die SIL alleine keine ausreichende Fokussierung leisten kann, sondern eine zweistufige Fokussierung über eine Kombination mit einer Objektivlinse erforderlich ist, wobei es sich um die wesentlichen Probleme eines optischen Abtastkopfs handelt, bei dem die SIL eingesetzt wird.
  • In der Druckschrift US 4,796,226 A ist ein als integrierte Optik ausgeführter Lesekopf zum Lesen von Informationen offenbart, die auf einem magnetischen Träger aufgezeichnet sind. Der Lesekopf umfasst eine Lichtquelle, einen Polarisator, einen Parabolspiegel, einen zweiten Parabolspiegel, eine interferometrische Anordnung, die von einem Polarisationskonvertergitter, einem Reflektor und einer Trennscheibe gebildet wird, und einen Detektor. Der am Gitter gebeugte Strahl bildet einen Referenzstrahl und der durchgelassene Strahl einen Analysestrahl. Der Interferenzzustand dieser beiden Strahlen hängt von der Orientierung der Magnetisierung auf dem zu lesenden Träger ab. Die Elemente RCP, M und LS bilden eine interferometrische Anordnung. Die oben erwähnten Elemente des Lesekopfs werden über eine Leitstruktur implementiert, die sich aus einem Substrat und einer Schichtfolge aus einer ersten, einer zweiten und einer dritten transparenten Schicht zusammensetzt, wobei die zweite Schicht einen höheren Brechungsindex aufweist als die erste und die dritte Schicht.
  • Die Druckschrift EP 0 281 756 A offenbart einen holografischen Spiegel in einem optischen Speicherkopf zur Beugung eines Laserstrahls.
  • Die Druckschrift JP 06-068484 A offenbart eine optische Abtastvorrichtung, bei der ein piezoelektrisches Element als Aktuator für eine Spurnachführung verwendet wird.
  • Druckschrift US 5,533,042 A offenbart einen Halbleiterlaser mit Strahlablenkung.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen optischen Abtastkopf kleiner Größe und eine Vorrichtung für optische Speicherplatten anzugeben, die eine hohe Aufzeichnungsdichte und eine verbesserten Datenübertragungsrate ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird durch einen optischen Abtastkopf gelöst, der einen Laserstrahlemitter zum Emittieren eines Laserstrahls und ein transparentes Bündelungsmedium aufweist. Das transparente Bündelungsmedium weist eine erste Oberfläche auf, über die der Laserstrahl des Laserstrahlemitters einfällt, eine zweite Oberfläche, an deren Außenseite eine reflektierende Struktur ausgebildet ist, die den über die erste Oberfläche einfallenden Laserstrahl an der reflektierenden Schicht reflektiert, und eine dritte Oberfläche, an der der von der zweiten Oberfläche reflektierte Laserstrahl zur Ausbildung eines Strahlflecks gebündelt wird, wobei die zweite Oberfläche des transparenten Bündelungsmediums zumindest eine sphärische oder paraboloide Oberfläche umgrenzt.
  • Die vorliegende Erfindung gibt ferner eine Vorrichtung für optische Speicherplatten an, die eine drehbare optische Speicherplatte und einen wie zuvor erwähnten optischen Abtastkopf zur Ausbildung eines Strahlflecks auf der optischen Speicherplatte mittels Bündelung eines Laserstrahls zum Aufzeichnen und Wiedergeben von Information aufweist. Der optische Abtastkopf umfasst einen Laserstrahlemitter zum Emittieren des Laserstrahls und ein transparentes Bündelungsmedium, das eine erste Oberfläche aufweist, über die der Laserstrahl des Laserstrahlemitters einfällt, eine zweite Oberfläche, an deren Außenseite eine reflektierende Schicht ausgebildet ist, die den über die erste Oberfläche einfallenden Laserstrahl reflektiert, und eine dritte Oberfläche, an der der Laserstrahl zur Ausbildung des Strahlflecks gebündelt wird.
  • Die vorliegende Erfindung gibt auch eine Vorrichtung für optische Speicherplatten an, die mehrere drehbare optische Speicherplatten aufweist, die koaxial zueinander angeordnet sind und zueinander einen vorgegebenen Abstand aufweisen, und mehrere optische Abtastköpfe, die auf den mehreren optischen Speicherplatten zum Aufzeichnen und Wiedergeben von Informationen einen Strahlfleck ausbilden. Die optischen Abtastköpfe umfassen einen Laserstrahlemitter zum Emittieren eines Laserstrahls, und ein transparentes Bündelungsmedium, das eine erste Fläche aufweist, über die der Laserstrahl des Laserstrahlemitters einfällt, eine zweite Oberfläche, an deren Außenseite eine reflektierende Schicht ausgebildet ist, die den über die erste Oberfläche einfallenden Laserstrahl reflektiert, und eine dritte Oberfläche, an der der von der zweiten Oberfläche reflektierte Laserstrahl zur Ausbildung eines Strahlflecks gebündelt wird.
  • Die vorliegende Erfindung gibt ferner eine Vorrichtung für optische Speicherplatten an, die eine drehbare optische Speicherplatte und einen optischen Abtastkopf aufweist, der zum Aufzeichnen oder Wiedergeben von Informationen einen Strahlfleck an der optischen Speicherplatte ausbildet. Die Vorrichtung umfasst eine Ansteuerung für den optischen Abtastkopf, die den optischen Abtastkopf in vorgegebene Spurführungsrichtungen bewegt, einen Halbleiterlaser, der einen Laserstrahl emittiert, ein piezoelektrisches Element das den Halbleiterlaser verschiebt, um eine Position, an der der Strahlfleck ausgebildet wird, in den vorgegebenen Spurführungsrichtungen zu verlagern, und einen Treiber, der die Ansteuerung für den optischen Abtastkopf auf der Grundlage eines Fehlersignals in einem niederfrequenten Bereich und für das piezoelektrische Element auf der Grundlage eines Fehlersignals in einem hochfrequenten Bereich ansteuert.
  • Die vorliegende Erfindung gibt außerdem eine Vorrichtung für optische Speicherplatten an, bei der ein Strahlfleck auf einer optischen Speicherplatte zum Aufzeichnen oder Wiedergeben von Informationen gebildet wird. Die Vorrichtung für optische Speicherplatten umfasst einen Bestrahler, der einen kollimierten Laserstrahl emittiert, und einen Reflektor, der den Laserstrahl zur Ausbildung eines Strahlflecks auf der optischen Speicherplatte reflektiert.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung oder werden durch die Beschreibung nahe gelegt oder ergeben sich aus der Anwendung der Erfindung. Die Merkmale und Vorteile der Erfindung können mittels der in den beigefügten Ansprüchen speziell hervorgehobenen Mittel und Kombinationen realisiert und erzielt werden. Dabei ist es selbstverständlich, dass jedes der beschriebenen Merkmale allein oder in Verbindung mit anderen verwendet werden kann.
  • 1 zeigt eine Ansicht eines optischen Abtastkopfs gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
  • 2 zeigt eine Ansicht eines optischen Abtastkopfs gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
  • 3 zeigt eine Ansicht eines optischen Abtastkopfs gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
  • 4(A) zeigt eine Ansicht einer Vorrichtung für optische Speicherplatten gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
  • 4(B) zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von 4(A);
  • 5 zeigt eine Querschnittsansicht einer optischen Speicherplatte, wie sie bei der in den 4(A) und 4(B) gezeigten Vorrichtung für optische Speicherplatten verwendet wird;
  • 6(A) zeigt eine Seitenansicht des optischen Abtastkopfs, der in der in den 4(A) und 4(B) gezeigten Vorrichtung für optische Speicherplatten verwendet wird;
  • 6(B) zeigt eine Draufsicht des optischen Abtastkopfes;
  • 7 zeigt eine rückwärtige Ansicht eines Gleitschiebens, der in den in den 4(A) und 4(B) gezeigten Vorrichtung für optische Speicherplatten verwendet wird;
  • 8 zeigt eine Ansicht eine Halbleiterlaserabtasteinheit, die in der in den 4(A) und 4(B) gezeigten Vorrichtung für optische Speicherplatten verwendet wird;
  • 9 zeigt die Eigenschaften der Spurführungssteuerung der in den 4(A) und 4(B) gezeigten Vorrichtung für optische Speicherplatten;
  • 10 zeigt eine Ansicht einer Vorrichtung für optische Speicherplatten gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
  • 11 zeigt eine Ansicht einer Vorrichtung für optische Speicherplatten gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
  • 12(A) zeigt eine Draufsicht auf den Halbleiterlaser, der in der in 11 gezeigten Vorrichtung für optische Speicherplatten verwendet wird;
  • 12(B) zeigt eine Querschnittsansicht des Halbleiterlasers, der in der in der 11 gezeigten Vorrichtung für optische Speicherplatten verwendet wird;
  • 13 zeigt eine Ansicht eines herkömmlichen optischen Abtastkopfs einer ersten Art;
  • 14 zeigt eine Ansicht eines herkömmlichen optischen Abtastkopfs einer zweiten Art;
  • 15 zeigt die Beziehung zwischen dem herkömmlichen Brechungsindex n und NA;
  • 16 zeigt eine Ansicht einer herkömmlichen Vorrichtung für optische Speicherplatten;
  • 17 zeigt eine Ansicht einer SIL und eines Fluggleiters der in der 16 gezeigten Vorrichtung für optische Speicherplatten;
  • 18 zeigt eine Ansicht einer optischen Detektionssystemeinheit der in der 16 gezeigten Vorrichtung für optische Speicherplatten;
  • 19 zeigt eine Ansicht eines herkömmlichen Abtastkopfs; und
  • 20 zeigt eine Ansicht einer anderen herkömmlichen Vorrichtung für optische Speicherplatten.
  • 1 zeigt einen optischen Abtastkopf gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Der optische Abtastkopf 1 weist einen Halbleiterlaser 2 zum Emittieren eines Laserstrahls 3, eine Kollimatorlinse 4 zum Umformen der von dem Halbleiterlaser 2 abgegebenen optischen Leistung 3 in einen kollimierten Strahl 5, ein transparentes Bündelungsmedium 6 zum Bündeln des kollimierten Strahls 5, eine reflektierende Schicht 7, die an der zweiten Oberfläche 6b des transparenten Bündelungsmediums 6 ausgebildet ist, und ein Aufzeichnungsmedium 8, das in der Nähe einer dritten Oberfläche 6c des transparenten Bündelungsmediums 6 angeordnet ist, auf.
  • Das transparente Bündelungsmedium 6 weist eine erste Oberfläche 6a auf, über die der kollimierte Laserstrahl 5 einfällt, eine zweite Oberfläche 6b zum Reflektieren des über die erste Oberfläche 6a einfallenden Laserstrahls 5 und eine dritte Oberfläche 6c, an der der von der zweiten Oberfläche 6b reflektierte Laserstrahl gebündelt wird. Die an der zweiten Oberfläche 6b ausgebildete reflektierende Schicht 7 reflektiert den über die erste Oberfläche 6a einfallenden Laserstrahl 5 so, dass an der dritten Oberfläche 6c ein Strahlfleck 9 gebildet wird.
  • Die zweite Oberfläche 6b umgrenzt einen Teilparaboloid, damit die NA innerhalb des transparenten Bündelungsmediums 6 groß gemacht und an der dritten Oberfläche 6c ein sehr kleiner Strahlfleck 9 ausgebildet wird. Nimmt man die Hauptachse des Querschnitts (6b) des Paraboloiden als X-Achse, die vertikale Achse als Y-Achse und nimmt man an, dass die Lage des Fokus bei (p, 0) liegt, dann wird der Querschnitt (6b) durch die folgende Gleichung wiedergegeben: y2 = 4px (3)
  • Außerdem ist es, wenn das Licht innerhalb des transparenten Bündelungsmediums 6 unter Verwendung eines Paraboloiden gebündelt wird, prinzipiell möglich, eine stigmatische Bündelung vorzunehmen (Optics: Hiroshi Kubota, Bookstore Iwanami, S. 283) und mit einer einzigen Bündelungsoberfläche das Licht zu einem sehr kleinen Fleck 9 zu bündeln. In diesem Fall wird die Strahlfleckgröße D1/2 wie in Fall der SIL über die nachfolgende Gleichung (4) bestimmt: D1/2 = kλ/(n·(NAi)) (4)
  • Hierbei bedeutet NAi die numerische Apertur innerhalb des transparenten Bündelungsmediums 6.
  • Als Nächstes wird die Funktion des optischen Abtastkopfs 1 beschrieben. Der von dem Halbleiterlaser 2 emittierte Laserstrahl 3 wird über die Kollimatorlinse 4 in einen kollimierten Strahl 5 überführt und trifft auf die erste Oberfläche 6a des transparenten Bündelungsmediums 6 auf. Der über die erste Oberfläche 6a eingestrahlte Laserstrahl 5 wird an der reflektierenden Schicht 7 reflektiert, die an der Außenseite der zweiten Oberfläche 6b zur dritten Oberfläche 6c hin konvergierend ausgebildet ist, und bildet an der dritten Oberfläche 6c einen Strahlfleck 9 aus. Der zum Strahlfleck 9 gebündelte Strahl wird als Nahfeldlicht emittiert und überträgt sich zur optischen Aufzeichnung oder optischen Wiedergabe auf das Aufzeichnungsmedium 8. Im Übrigen wird ein von der zweiten Oberfläche gebündelter Fleck so ausgebildet, dass sich die dritte Oberfläche innerhalb der Tiefenschärfe befindet.
  • Der wie oben beschrieben ausgeführte optische Abtastkopf weist die folgenden Eigenschaften auf:
    • (a) Nimmt man die Position des Fokus p des Paraboloiden bei p = 0,125 mm und ein oberes Ende 6d des Paraboloiden bei (x, y) = (2 mm, 1 mm) an, so werden für den Konvergenzwinkel vom oberen Ende 6d 60 Grad oder mehr erhalten, wobei die NA der dritten Oberfläche 6c 0,98 wird. Dies entspricht dem 1,6-Fachen oder mehr der NA = 0,6 bei herkömmlichen DVDs.
    • (b) Da man eine hohe NA erhält, kann man einen sehr kleinen Strahlfleck 9 erhalten.
    • (c) Es tritt keine chromatische Aberration auf, da die Bündelung reflektiv erfolgt.
    • (d) Bei dem optischen System dieser Ausführungsform handelt es sich um ein so genanntes Unendlichsystem, das heißt, dass die Lichtstrahlen des Laserstrahls 5 im Bereich zwischen der Kollimatorlinse 4 und dem transparenten Bündelungsmedium 6 parallel zueinander verlaufen, wodurch der durch Temperaturschwankungen bedingte Fokusversatz klein ist.
    • (e) Da der auf die erste Oberfläche des transparenten Bündelungsmediums 6 auffallende Laserstrahl 5 im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der optischen Speicherplatte ausgerichtet ist, kann das optische System entlang des Aufzeichnungsmediums 8 angeordnet werden, wodurch es möglich ist, die Höhe des optischen Abtastkopfes 1 niedrig zu halten. Daher kann das aus einem Stapel mehrerer optischer Speicherplatten gebildete Mehrfachplattensystem kompakt ausgeführt werden.
  • Im Übrigen können für die reflektierende Schicht 7 ein reflektierendes Hologramm, beispielsweise ein Volumenhologramm, ein ungerades binäres Hologramm oder ein reflektierendes Material, wie beispielsweise Aluminium verwendet werden.
  • Die 2 zeigt einen optischen Abtastkopf gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Der optische Abtastkopf 1 wird durch eine planare Ausführung der zweiten Oberfläche 6b eines transparenten Bündelungsmediums erhalten, wobei als reflektierende Schicht 7 ein Reflexionshologramm, wie beispielsweise ein Volumenhologramm oder ein Binärhologramm verwendet wird. Bezüglich der übrigen Merkmale ähnelt der Aufbau des optischen Abtastkopfs 1 dem der ersten Ausführungsform. Die planare Ausführung der zweiten Oberfläche 6b des transparenten Bündelungsmediums 6 ermöglicht eine erhöhte Produktivität bei der Herstellung des transparenten Bündelungsmediums 6.
  • 3 zeigt einen optischen Abtastkopf gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Zur Herstellung dieses optischen Abtastkopfs 1 wird als zweite Oberfläche 6b des transparenten Bündelungsmediums 6 ein Teil einer kugelförmigen Oberfläche verwendet und für die reflektierende Schicht 7 wird ein Reflexionshologramm, wie beispielsweise ein Volumenhologramm oder ein binäres Hologramm verwendet. Bezüglich der übrigen Merkmale weist der optische Abtastkopf 1 einen der ersten Ausführungsform ähnlichen Aufbau auf. Eine kugelförmige Oberfläche weist eine etwas schlechtere Lichtbündelungseigenschaft auf, wobei die Lichtbündelungseigenschaft durch die Verwendung eines Reflexionshologramms als Reflexionsschicht 7 verbessert wird. Im Übrigen kann ein Metall, beispielsweise Aluminium, als reflektierende Schicht 7 auf die zweite Oberfläche 6b des transparenten Bündelungsmediums 6 aufgedampft werden.
  • Die 1–3 zeigen nur drei mögliche Ausführungsformen eines transparenten Bündelungsmediums 6. Für den Fachmann ist es jedoch selbstverständlich, dass das transparente Bündelungsmedium 6 auch mit anderen Formgebungen und Ausrichtungen ausgeführt werden kann. Die in den 1–3 gezeigten beispielhaften Ausführungsformen zeigen, dass der kollimierte Strahl 5 in einer Richtung parallel zur dritten Oberfläche 6c in das transparente Bündelungsmedium 6 eintritt. Der kollimierte Strahl 5 kann jedoch aus jeder, einschließlich einer relativ zur dritten Oberfläche 6c senkrechten Richtung in das transparente Bündelungsmedium 6 eintreten. Das bedeutet, dass die zweiten Oberflächen 6a und 6c keine zueinander senkrecht angeordneten planaren Oberflächen darstellen müssen, sondern nichtplanar sein können, zum Beispiel eine Brechkraft aufweisen und/oder schräg oder senkrecht zueinander angeordnet sein können.
  • Des Weiteren umfassen die Beispiele in den 1–3 nur eine durchgehend reflektierende Oberfläche 6b. Zum Bündeln eines Lichtstrahls für die Ausformung eines Flecks zur optischen Wiedergabe und/oder Aufzeichnung können jedoch auch mehrere durchgehende oder nicht durchgehende reflektierende Oberflächen verwendet werden. Zum Beispiel könnte eine erste reflektierende Oberfläche einen Lichtstrahl auf eine zweite reflektierende Oberfläche reflektieren, die den Lichtstrahl zur Ausbildung eines Flecks bündelt. Die reflektierende(n) Oberfläche(n) muss (müssen) auch nicht an einer äußeren Oberfläche des transparenten Bündelungsmediums 6 ausgebildet sein. Stattdessen kann die reflektierende Oberfläche/Struktur bzw. können die reflektierenden Oberflächen/Strukturen in einem inneren Bereich eines Bündelungsmediums ausgebildet sein. Außerdem verwenden alle oben angeführten Beispiele ein reflektierendes Material zum Reflektieren von Licht. Die reflektierende(n) Oberfläche(n) kann (können) auch mit anderen Mitteln reflektierend gemacht werden, beispielsweise mit einem relativ hohen Brechungsindexgradienten, wie er zum Beispiel bei optischen Prismen zur Reflexion von Licht verwendet wird. Daher kann eine in dieser Erfindung verwendete reflektierende Struktur von einer Grenzschicht zwischen zwei Substanzen mit unterschiedlichem Brechungsindex gebildet werden.
  • Außerdem sind die in den 1–3 gezeigten Beispiele zum Bündeln eines einfallenden kollimierten Strahls 5 ausgebildet. Bei den oben angeführten Beispielen wird ein kollimierter Strahl 5 verwendet, damit das System weniger empfindlich gegenüber thermischen Schwankungen ist. Es sind jedoch auch andere Ausgestaltungen möglich, bei denen kein kollimierter Strahl 5 verwendet wird. Zum Beispiel kann das transparente Bündelungsmedium 6 nicht kollimiertes Licht direkt oder indirekt von einer Lichtquelle empfangen und das Licht unter Verwendung einer oder mehrerer reflektierender Oberflächen zur Ausbildung eines Flecks bündeln.
  • In der 4(A) ist eine Vorrichtung für optische Speicherplatten gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform dargestellt und in der 4(B) ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von 4(A) gezeigt. Die Vorrichtung 10 für optische Speicherplatten umfasst eine optische Speicherplatte 12, die auf einer Seite einer plattenförmigen Kunststoffplatte 120 eine Aufzeichnungsschicht 121 aufweist, die vorzugsweise aus einem GeSbTe-Phasenumwandlungsmaterial hergestellt ist, wobei die Platte über eine Drehwelle 11 von einem (nicht gezeigten) Motor in Drehung versetzt werden kann. Das optische Aufzeichnen/optische Wiedergeben unter Verwendung der Aufzeichnungsschicht 121 der optischen Speicherplatte 12 wird über einen optischen Abtastkopf 1 vorgenommen. Ein Linearmotor 14 verschiebt den optischen Abtastkopf 1 in die Spurführungsrichtungen 13 und eine Halterung 15 trägt den optischen Abtastkopf 1 auf der Seite, an der sich der Linearmotor 14 befindet. Ein Treibersystem 16 für den optischen Abtastkopf steuert den optischen Abtastkopf 1 an und ein Signalverarbeitungssystem 17 verarbeitet ein von dem optischen Abtastkopf 1 erhaltenes Signal und steuert das Treibersystem 16 für den optischen Abtastkopf.
  • Der Linearmotor 14 umfasst zwei stationäre Abschnitte 14A, die entlang der Spurführungsrichtungen 13 angeordnet sind, sowie eine bewegliche Spule 14B zum Verschieben auf den beiden stationären Abschnitte 14A. Der optische Abtastkopf 1 wird von der Halterung 15 an der beweglichen Spule 14B gehalten.
  • 5 zeigt eine Detailansicht einer bevorzugten optischen Speicherplatte 12 zur erfindungsgemäßen Verwendung. Bei dieser optischen Speicherplatte 12 wird eine hohe Aufzeichnungsdichte verwendet, um sich den von dem optischen Abtastkopf 1 gebildeten sehr kleinen Strahlfleck 9 zunutze zu machen. Zum Beispiel wird eine Kunststoffplatte 120 aus einem Polycarbonatsubstrat oder Ähnlichem gefertigt, an deren Oberfläche ein vertiefter Bereich 12a ausgebildet ist. Die optische Speicherplatte 12 wird vorzugsweise durch Beschichten der Seite der Oberfläche, an der der vertiefte Bereich 12a in der Kunststoffplatte 120 ausgebildet ist, mit einer reflektierenden dünnen Al-Schicht (ungefähr 100 nm dick) 122, einer SiO2-Schicht 123 (ungefähr 100 nm dick), einer GeSbTe-Aufzeichnungsschicht 121 (ungefähr 15 nm dick) und einer SiN-Schicht 124 (ungefähr 50 nm dick) hergestellt. In dieser Ausführungsform wird die Information in einem Erhebungsbereich 12b aufgezeichnet; der Spurabstand beträgt 0,25 μm und die Tiefe des Vertiefungsbereichs 12a beträgt ungefähr 0,1 μm. Die Markierungslänge beträgt 0,13 μm, die Aufzeichnungsdichte 19 GBit/Inch2, so dass eine 12 cm-Platte eine Speicherkapazität von 27 GB aufweist. Die Aufzeichnungsdichte einer solchen Platte ist 7,6-mal höher als die einer herkömmlichen Platte.
  • Die 6(A) und 6(B) zeigen einen optischen Abtastkopf 1, 6(A) in der Seitenansicht und 6(B) in der Draufsicht. Der optische Abtastkopf 1 weist einen Fluggleiter 18 zum Gleiten über die optische Speicherplatte 12 auf. Auf dem Fluggleiter 18 sind ein Kantenemissions-Halbleiterlaser 19 zum Emittieren eines Laserstrahls 3 und ein piezoelektrisches Element 20 angebracht, das, wie durch das Bezugszeichen 9 in den 6(A) und 6(B) angedeutet, zum Verschieben des Strahlflecks 9 in die Spurführungsrichtungen 13 durch Verschieben des Kantenemissions-Halbleiterlasers 19 nach oben und unten dient. Eine Kollimatorlinse 4 kollimiert einen von dem Halbleiterlaser 19 emittierten Laserstrahl 3 zu einem kollimierten Strahl 5. Das piezoelektrische Element 20 und die Kollimatorlinse 4 sind auf dem Fluggleiter 18 mittels einer Quarzglasplatte 21 befestigt. Ein Polarisationsstrahlteiler 22 teilt den kollimierten Strahl 5 des Halbleiterlasers 19 und von der optischen Speicherplatte 12 reflektiertes Licht auf. Eine λ/4-Platte 23 überführt das linear polarisierte Licht des kollimierten Strahls 5 in ein zirkular polarisiertes Licht, worauf ein transparentes Bündelungsmedium 6 den kollimierten Strahl 5 des Halbleiterlasers 19 unter Verwendung einer an der Außenseite der zweiten Oberfläche 6b des transparenten Bündelungsmediums 6 ausgebildeten Reflexionsschicht 7 bündelt. Ein Fotodetektor 24 nimmt das von der optischen Speicherplatte 12 reflektierte und über den Strahlteiler 22 erhaltene Licht auf. Alle diese Komponenten sind innerhalb eines Kopfgehäuses 25 angeordnet, das an dem spitzen Ende einer Halterung 15 befestigt ist.
  • Das transparente Bündelungsmedium 6 ist zum Beispiel aus einem Flintglas hoher Dichte mit einem Brechungsindex von n = 1,91 gefertigt und weist eine Höhe von 1 mm und eine Länge von 2 mm auf. Das transparente Bündelungsmedium 6 weist eine erste Oberfläche 6a und eine zweite Oberfläche 6b ähnlich den in den 1–3 gezeigten auf. Der Fluggleiter 18 ist aus einem transparenten Medium mit demselben Brechungsindex wie dem des transparenten Bündelungsmediums 6 gefertigt, oder umfasst ein solches und ist so aufgebaut, dass die untere Fläche 16a des Fluggleiters 18 der dritten Oberfläche 6b entspricht. An der unteren Oberfläche 16a des Fluggleiters 18 wird ein Strahlfleck 9 ausgebildet.
  • 7 zeigt die rückwärtige Oberfläche des Fluggleiters 18. Der Fluggleiter 18 ist mit einer Vertiefung 18b versehen, so dass sich in den Bereichen, die nicht dem peripheren Abschnitt entsprechen, an dem der Strahlfleck 9 an der unteren Oberfläche 18a gebildet wird, ein Unterdruck ausbildet. Der auf die Vertiefung 18b zurückzuführende Unterdruck und die Federkraft der Halterung 15 bewirken, dass der Abstand zwischen dem Strahlfleck 9 und der optischen Speicherplatte 12 konstant bleibt. In dieser Ausführungsform beträgt der Abstand bzw. das Schwebemaß in etwa 0,1 μm. In dieser Hinsicht wird die untere Oberfläche 18a zur gleitenden Oberfläche.
  • Die 8 zeigt einen Kantenemissions-Halbleiterlaser 19 und ein piezoelektrisches Element 20. Der Kantenemissions-Halbleiterlaser 19 ist zum Beispiel aus AlGaInP hergestellt und emittiert einen Laserstrahl der Wellenlänge 630 nm. Eine aktive Schicht 190 des Halbleiterlasers 19 ist senkrecht zur Oberfläche der optischen Speicherplatte 12 ausgerichtet. Der Kantenemissions-Halbleiterlaser 19 weist einen Strahldivergenzwinkel θh (siehe 6(B)) in einer zur Ebene der aktiven Schicht 190 parallelen Ebene von 8 bis 10 Grad auf. Dies entspricht der Hälfte oder weniger eines Strahldivergenzwinkels θv (siehe 6(A)) von 25 bis 30 Grad in einer zur Ebene der aktiven Schicht 190 senkrechten Ebene. Die Apertur des transparenten Bündelungsmediums 6, dessen äußere Oberfläche einen Paraboloid umgrenzt, ist in vertikaler Richtung halb so groß wie in lateraler Richtung, wobei der Halbleiterlaser 19 wie oben beschrieben angeordnet ist. Daher ist es möglich, den Laserstrahl in das transparente Bündelungsmedium 6 nahezu ohne optische Verluste zu übertragen. Die Verwendung des Kantenemissions-Halbleiterlasers 19 sorgt für eine Laserlichtquelle von geringer Größe (zum Beispiel 0,3 × 0,4 × 0,4 mm) und geringen Gewichts (zum Beispiel 0,5 mg oder weniger), worüber ein optischer Abtastkopf 1 geringer Größe und geringen Gewichts ermöglicht wird.
  • Das piezoelektrische Element weist mehrere Elektrodenschichten 201 auf, die mit den Elektrodenanschlüssen 200 verbunden sind, sowie mehrlagige PZT-Schichten (ungefähr 20 μm dick), die zwischen den Elektrodenschichten 201 angeordnet sind. Das piezoelektrische Element 20 wird auf die Quarzglasplatte 21 aufgebracht, wobei der Halbleiterlaser 19 an dem piezoelektrischen Element 20 befestigt wird. Da das Gewicht des Halbleiterlasers 19 nur 0,5 mg oder weniger beträgt, kann die Resonanzfrequenz des Systems zum Haltern des Halbleiterlasers 19 auf 300 kHz oder höher festgelegt werden, wobei eine Verschiebung von 0,5 μm oder mehr durch Anlegen einer Spannung von 5 V an die Elektrodenanschlüsse 200 erreicht werden kann. Mit Hilfe des Auf- und Abfahrens des Halbleiterlasers 19 durch das piezoelektrische Element 20 kann der Strahlfleck 9 an der dritten Oberfläche 6c in die Spurführungsrichtungen 13 verschoben werden.
  • Ein Treibersystem 16 für den optischen Abtastkopf moduliert die von dem Halbleiterlaser 19 während einer Aufzeichnung abgegebene optische Leistung über ein Aufzeichnungssignal, wodurch auf der Aufzeichnungsschicht 121 zum Aufzeichnen von Informationen vorzugsweise ein Übergang von der kristallinen in eine amorphe Phase bewirkt wird. Bei der Wiedergabe moduliert das System die von dem Halbleiterlaser 19 ausgegebene optische Leistung nicht, sondern emittiert ein kontinuierliches Licht, wodurch von dem Fotodetektor 24 Unterschiede in der Reflektivität an der Aufzeichnungsschicht 121 als Schwankungen des reflektierten Lichts festgestellt werden.
  • Auf der Grundlage des von der optischen Speicherplatte 12 reflektierten und über den Fotodetektor 24 detektierten Lichts erzeugt das Signalverarbeitungssystem 17 ein Fehlersignal zur Spursteuerung sowie ein Datensignal. Das Signalverarbeitungssystem 17 bildet aus dem Fehlersignal mittels eines Hochpassfilters und eines Tiefpassfilters ein Fehlersignal in einem hohen Frequenzbereich und ein Fehlersignal in einem niedrigen Frequenzbereich und nimmt die Spurführungssteuerung für das Ansteuersystems 16 des optischen Abtastkopfes auf der Grundlage dieser Fehlersignale vor. Hierbei wird das Fehlersignal für die Spurführung geeigneterweise in Abstimmung mit einem Abtastservosystem (Optical Disk Technique, Radio Technique Co., S. 95) erzeugt. Das Abtastservosystem dient dazu, die gewobbelten Spuren diskontinuierlich zu detektieren, um aus den Schwankungen der Reflexionsintensitäten an den Spuren ein Fehlersignal zu erzeugen. Die Spurführungssteuerung wird außerdem zweistufig ausgeführt, wobei der Linearmotor 14 auf der Grundlage des Fehlersignals im niederfrequenten Bereich und das piezoelektrische Element auf der Grundlage des Fehlersignals im hochfrequenten Bereich gesteuert wird. Bei dem Abtastservosystem werden das Aufzeichnungssignal und das Spurführungsfehlersignal in einem Wiedergabeschaltkreis über eine Torschaltung getrennt, da die beiden voneinander in einer Art Zeitmultiplex getrennt sind. Im Übrigen kann das Fehlersignal mittels eines Gegentaktsystems erzeugt werden, bei dem die Interferenz mit einem von dem vertieften Bereich 12a reflektierten Licht genutzt wird.
  • Da das Aufzeichnungssignal und das Spurführungsfehlersignal bei Verwendung des oben beschriebenen Abtastservosystems in einer Art Zeitmultiplex voneinander getrennt sind, muss der Fotodetektor 24 nicht als zweiteiliger Fotodetektor ausgeführt sein. Stattdessen kann zum Beispiel eine 1 mm2 große PIN-Fotodiode verwendet werden. Da der Fotodetektor 24 nicht als zweiteiliger Fotodetektor ausgeführt sein muss, kann das Detektionssystem in hohem Maße vereinfacht und dessen Gewicht verringert werden.
  • Nun wird die Funktion der Vorrichtung 10 für optische Speicherplatten beschrieben. Die optische Speicherplatte 12 wird durch einen (nicht gezeigten) Motor mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit gedreht, wobei der Fluggleiter 18 dank des über die Rotation der optischen Speicherplatte 12 und der Federkraft der Halterung 15 erzeugten Unterdrucks über der optischen Speicherplatte 12 schweben und darüber verschoben werden kann. Wird von dem über das Treibersystem 16 für den optischen Abtastkopf angesteuerten Kantenemissions-Halbleiterlaser 19 ein Laserstrahl 3 emittiert, so wird die optische Ausgangsleistung 3 des Halbleiterlasers 19 über eine Kollimatorlinse 4 in einen kollimierten Strahl 5 überführt, passiert daraufhin einen polarisierenden Strahlteiler 22 und eine λ/4-Platte 23 und tritt schließlich durch die erste Oberfläche 6a des transparenten Bündelungsmediums 6 hindurch. Die λ/4-Platte 23 überführt den kollimierten Strahl 5 beim Passieren der λ/4-Platte 23 von einem linear polarisierten Licht in ein zirkular polarisiertes Licht. Der in die erste Oberfläche 6a des transparenten Bündelungsmediums 6 einfallende zirkular polarisierte kollimierte Strahl 5 wird von der an der zweiten Oberfläche 6b befindlichen Reflexionsschicht 7 reflektiert und an der unteren Oberfläche 18a des Fluggleiters 18 gebündelt. An der unteren Oberfläche 18a des Fluggleiters 18 wird ein sehr kleiner Strahlfleck 9 ausgebildet. Von dem Strahlfleck 9 wird in den Außenbereich der unteren Oberfläche 18a des Fluggleiters 18 ein Nahfeldlicht emittiert, wobei sich dieses Nahfeldlicht auf die Aufzeichnungsschicht 121 der optischen Speicherplatte 12 überträgt, um dort eine optische Aufzeichnung oder optische Wiedergabe zu leisten. Das von der optischen Speicherplatte 12 reflektierte Licht folgt dem Pfad des einfallenden Lichts in umgekehrter Richtung, wird von der reflektierenden Schicht 7 reflektiert, wird von einem polarisierenden Strahlteiler 22 in einem 900 Winkel reflektiert und trifft auf den Fotodetektor 24 auf. Ein Signalverarbeitungssystem 17 erzeugt auf der Grundlage des von der optischen Speicherplatte 12 reflektierten Lichts, das auf den Fotodetektor 24 auftrifft, ein Fehlersignal zur Spurführungssteuerung sowie ein Datensignal, und steuert die Spurführung des optischen Ansteuerungssystems 16 auf der Grundlage des Fehlersignals.
  • Die optische Speicherplattenvorrichtung 10, die wie oben aufgebaut ist, weist die folgenden Eigenschaften auf:
    • (a) Der maximale Reflexionswinkel an der zweiten Oberfläche 6b des transparenten Bündelungsmediums 6 beträgt 60 Grad. Man erhält eine NA von 0,86, und im Ergebnis wird ein sehr kleiner Strahlfleck 9 mit einer Fleckgröße D1/2 von ungefähr 0,2 μm erreicht. Dadurch wird eine ultrahohe optische Aufzeichnungs-/optische Wiedergabedichte (19 GBit/Inch2) erreicht.
    • (b) Da Aufzeichnung und Wiedergabe ohne automatische Fokussteuerung ausgeführt werden können, besteht keine Notwendigkeit für den automatischen Fokussteuermechanismus, so dass das Gewicht des optischen Abtastkopfs 1 wesentlich verringert und dieser miniaturisiert werden kann.
  • Genauer gesagt kann der optische Abtastkopf 1 mit einer Abmessung von 2 mm in der Höhe, 3 mm in der Breite und 6 mm in der Länge sowie einem Gewicht von 0,2 g hergestellt werden. Aus diesem Grund kann das Gewicht des beweglichen Teils des Linearmotors 14 einschließlich der beweglichen Spule 14b und der Halterung 15 auf 1,0 g oder weniger verringert werden. Im Ergebnis werden allein für den Linearmotor 14 ein Band von 30 kHz oder mehr und ein Gewinn von 60 dB erzielt.
    • (c) Die von Temperaturschwankungen verursachte Fokusverschiebung ist gering.
  • Genauer gesagt erfolgt, auch wenn die Temperaturschwankungen den Hauptgrund für eine Fokusverschiebung darstellen, da der Laserstrahl in nahezu allen Bereichen des optischen Systems dieser Ausführungsform als kollimierter Strahl vorliegt, in diesen Bereichen keine über die thermische Ausdehnung bewirkte Fokusverschiebung. Der Bereich zwischen dem Halbleiterlaser 19 und der Kollimatorlinse 4 sowie, da das transparente Bündelungsmedium 6 aus Flintglas hergestellt ist, der Bündelungsbereich stellen die Bereiche dar, an denen wahrscheinlich eine Fokusverschiebung auftreten kann. Der lineare Ausdehnungskoeffizient von Flintglas beträgt ungefähr 9 × 10–6 oder weniger und die maximale Längenänderung des Bündelungsbereichs beträgt innerhalb des Betriebstemperaturbereichs (10 bis 50°C) der optischen Speicherplattenvorrichtung 10 0,4 μm. Da die Ausdehnung außerdem isotrop erfolgt, ist die durch die Ausdehnung bewirkte Fokusverschiebung eine Größenordnung kleiner als die von der linearen Ausdehnung bewirkte, und kann vernachlässigt werden. Bei der vorher genannten Kollimatoreinheit wird eine Korrektur der chromatischen Aberration an der Kollimatorlinse 4 verwendet. Außerdem sind die Kollimatorlinse 4 und der Halbleiterlaser 19 über die Quarzglasplatte 21 (deren linearer Ausdehnungskoeffizient 5 × 10–7 beträgt) miteinander verbunden. Die Quarzglasplatte 21 weist einen niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten auf, um die Schwankungen des Abstands zwischen Kollimatorlinse 4 und der Halbleiterlaser 19 einzuschränken. Die über diesem Bereich bewirkte Verschiebung des Fokus beträgt innerhalb eines Temperaturschwankungsbereichs von 40 Grad C 0,02 μm oder weniger, wobei dieser Bereich ausreichend klein ist, um hinsichtlich der Tiefenschärfe von 0,2 μm vernachlässigt werden zu können.
  • 9 zeigt die Eigenschaften für die Spurführungssteuerung der optischen Speicherplattenvorrichtung. Aufgrund der zweistufigen Steuerung, die den Linearmotor 14 und das piezoelektrische Element 20 verwendet, kann ein 200 kHz-Band erhalten werden, das in der 9 mit dem Bezugszeichen 26 bezeichnet ist. Die Spurführung kann bei einer Hochgeschwindigkeitsrotation (3600 Upm) mit einer Toleranz von 0,01 μm durchgeführt werden. Das Bezugszeichen 27 bezeichnet die Ansprecheigenschaften des Linearmotors 14, und durch Zusammenfassen der beiden zu einer zweistufigen Steuerung kann ein Gewinn 28 von mehr als 80 dB erhalten werden. Ferner wurde bei einer 12 cm-Platte eine durchschnittliche Suchrate von 10 ms oder weniger erhalten. Entsprechend reduziert sich die Zugriffszeit bei einer Drehung mit 3600 Upm auf 20 ms oder weniger.
  • 10 zeigt eine optische Speicherplattenvorrichtung gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Statt des in der ersten Ausführungsform für einen Suchvorgang verwendeten Linearmotors 14 wird in der zweiten Ausführungsform ein bei Festplatten verwendeter kreisender Linearmotor 30 verwendet. Der optische Abtastkopf 1 ist über die Halterung 32, die an einer Drehwelle 31 drehbar gelagert ist, mit dem kreisenden Linearmotor 30 verbunden. Mit Hilfe dieses Aufbaus kann der optische Abtastkopf 1, da der kreisende Linearmotor 30 an der Außenseite der optischen Speicherplatte 12 angeordnet werden kann, noch dünner gemacht werden, wobei die gesamte optische Speicherplattenvorrichtung 10 miniaturisiert werden kann. Dadurch kann die Platte mit hoher Umdrehungsgeschwindigkeit rotieren und die Datenübertragungsrate kann auf durchschnittlich 50 Mbps oder mehr gesetzt werden. Da bei dieser Vorrichtung außerdem die Spurführungsrichtung senkrecht zur Richtung der Abgabe der optischen Leistung von dem Halbleiterlaser verläuft, müssen der Halbleiterlaser oder sein Ausgangsstrahl zur Spurführung in einer zur Richtung der optischen Leistungsabgabe des Halbleiterlasers senkrechten Richtung verfahren werden.
  • 11 zeigt eine optische Speicherplattenvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die optische Speicherplattenvorrichtung wird erhalten, indem optische Abtastköpfe 1, bei denen das transparente Bündelungsmedium 6 der ersten Ausführungsform verwendet wird, auf eine fünf Platten umfassende optische Speicherplattenvorrichtung angewandt wird. Die oberen und unteren Oberflächen des Kunststoffsubstrats 41 der optischen Speicherplatten sind mit einem Aufzeichnungsmedium 42 beschichtet. Zehn optische Abtastköpfe 1, von denen jeder zum schwebenden Gleiten über das Aufzeichnungsmedium 42 der jeweiligen optischen Speicherplatte 40 ausgebildet ist, werden von um eine Drehwelle 43 bewegbaren Halterungen 44 gehalten. Ein kreisender Linearmotor 45 bewegt die Halterungen 44. Als Aufzeichnungsmedium 42 kann entweder ein Phasenübergangsmedium oder ein magnetooptisches Medium verwendet werden. Der kreisende Linearmotor 45 umfasst ein bewegbares Teil 45a, an dem die Halterungen 44 direkt angekoppelt sind, sowie über ein Joch 45b gekoppelte Elektromagneten 45c zum Antreiben des beweglichen Teils 45a. Der Aufbau des optischen Abtastkopfs 1 entspricht im Wesentlichen dem der ersten Ausführungsform: Verwendet werden ein paraboloides transparentes Bündelungsmedium 6 und ein AlGaInN-Laser (410 nm). Die Fleckgröße beträgt 0,2 μm, der Plattendurchmesser beträgt 12 cm, der Spurabstand und die Markierungslänge betragen 0,16 μm bzw. 0,19 μm, die Kapazität einer Seite beträgt 60 GB und die Gesamtkapazität 1,2 TB.
  • Die 12(A) und 12(B) zeigen einen Halbleiterlaser gemäß dieser dritten Ausführungsform. Der Halbleiterlaser 46 wird von einem Halbleiterlaser mit Strahlablenkung (Nakatsuka et al., Jpn. J. Appl. Phys., Bd. 34 (1995), S. 1278–1279) gebildet. Er weist ein Substrat 460 auf, an dessen oberer Oberfläche eine obere Elektrode 461, an dessen unterer Oberfläche eine untere Elektrode 462 und in dessen Mitte eine aktive Schicht 463a angeordnet ist. Ein firstförmiger Wellenleiter 463 weist einen Hauptbereich 464a und einen Kopfbereich 464b auf, die jeweils eine Breite von 3 μm bzw. 5 μm und eine Länge von 300 μm bzw. 50 μm aufweisen. Die obere Elektrode 461 umfasst eine Hauptelektrode 461a und ein Paar rechter und linker Kopfelektroden 461b. Der Oszillationsbereich der aktiven Schicht 463 wird durch den firstförmigen Wellenleiter 464a eingeengt und wird außerdem durch Anlegen einer wechselnden Spannung an die Kopfelektroden 461 am Kopfbereich lateral abgelenkt. Dadurch wird der Ausgangsstrahl lateral verschoben. Die verfügbare Verschiebebreite beträgt bis zu 1 μm und die verfügbare Verschiebefrequenz bis zu 30 MHz. Die zweistufige Spurführungssteuerung wurde mit der Laserstrahlverschiebung und dem Linearmotor 45 durchgeführt. Außerdem wurde ein Fehlersignal zur Spurführungssteuerung über ein Wobbelverfahren für Laserstrahlen erzeugt. Genauer gesagt wird mittels einer Hochgeschwindigkeitsverschiebung (10 MHz) des Laserstrahls um 0,03 μm der Strahlfleck auf der Aufzeichnungsoberfläche proportional im Verhältnis der NA der Kollimatorlinse zu der des transparenten Bündelungsmediums um ungefähr 0,01 μm gewobbelt. Hierdurch wird ein von der Aufzeichnungsspur reflektiertes Signal moduliert und ein Fehlersignal erzeugt, indem das modulierte Signal synchron mit der Ablenkfrequenz detektiert wird.
  • Indem ein Laserstrahl mit hoher Geschwindigkeit lateral verschoben wird, ermöglicht der oben beschriebene Aufbau eine Hochgeschwindigkeitsspurführung ohne mechanisch bewegliche Komponenten. Außerdem kann durch die Verwendung des kreisenden Linearmotors 45 eine durchschnittliche Suchzeit von 10 ms oder weniger wie bei der ersten Ausführungsform erreicht werden. Ferner wird es durch die Verwendung des transparenten Bündelungsmediums 6 möglich, eine optische Speicherplattenvorrichtung hoher Geschwindigkeit bei kleinen Abmessungen zu realisieren, die eine ultragroße Kapazität von mehr als 1 TB aufweist.
  • Diesbezüglich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern lässt auch andere Abwandlungen zu. Um zum Beispiel ein Fehlersignal für die Spurführungssteuerung zu erzeugen, wurde bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ein Abtastservosystem verwendet. Es kann aber auch ein Wobbelspurführungssystem verwendet werden, bei dem eine Aufzeichnungsspur zickzackförmig umläuft und die hierdurch verursachte Modulation des reflektierten Lichts zum Erzeugen eines Fehlersignals mit der Wobbelfrequenz synchronisiert wird.
  • Außerdem muss der in der Ausführungsform in das transparente Bündelungsmedium einfallende Laserstrahl, der über eine Kollimatorlinse kollimiert wird, nicht kollimiert werden, wenn die Strahlleistung so klein wie zum Beispiel während der Wiedergabe gehalten werden kann.
  • Außerdem kann bei nichtbeschreibbaren Platten auch ein Dreistrahlsystem verwendet werden, wie es bei einer CD eingesetzt wird. Genauer gesagt wird zwischen die Kollimatorlinse und den polarisierenden Strahlteiler ein Beugungsgitter eingebracht, und zu beiden Seiten des Detektionselements für den Hauptstrahl werden Fotodetektorelemente zur Detektion der ± 1. Ordnung des von der jeweiligen Platte reflektierten Lichts angeordnet, um die Unterschiede in den ausgegebenen op tischen Leistungen aufzunehmen, wodurch das Erzeugen eines Fehlersignals möglich wird.
  • Außerdem kann zum Erzeugen eines Fehlersignals eine Gegentaktsteuerung durchgeführt werden, indem die Ungleichheiten zwischen dem von seitlichen Oberflächenbereichen der Aufzeichnungsspur nach links und nach rechts gebeugtem Licht detektiert werden In diesem Fall fällt das gebeugte Licht auf ein halb aufgeteiltes Fotodetektorelement zur Erzeugung eines Differentialausgangsfehlersignals. Da der Halbleiterlaser in dieser Ausführungsform verschoben wird, bewegt sich der Strahlfleck des Fotodetektorelements jedoch lateral zusammen mit der Verschiebung. Das hieraus resultierende Fehlersignal kann beschränkt werden, indem das Fotodetektorelement synchron mit der Verschiebung des Halbleiterlasers verschoben wird.
  • Ferner kann ein erfindungsgemäßer optischer Abtastkopf auch zum Aufzeichnen und Wiedergeben einer nur einmal beschreibbaren, aber mehrmals lesbaren optischen Speicherplatte ohne weitere Modifikationen verwendet werden.
  • Ferner kann an der Peripherie des Strahlfleckbündelungsabschnitts an der dritten Oberfläche (untere Oberfläche des Fluggleiters) eines transparenten Bündelungsmediums eine Dünnschichtspule zur magnetischen Modulation angebracht werden. Dadurch wird es möglich, eine fotoelektromagnetische Aufzeichnung bei Verwendung eines magnetooptischen Mediums durchzuführen. Bei der Wiedergabe ist es jedoch erforderlich, da das Signal durch die Detektion der Drehung der optischen Ebene der Polarisation mittels Polarisationsanalyse erzeugt wird, den polarisierenden Strahlteiler durch einen nichtpolarisierenden Strahlteiler zu ersetzen und vor dem Fotodetektorelement einen Analysator anzuordnen.
  • Zwar wurde bei dieser Ausführungsform ein Kantenemissionslaser als Laserstrahlquelle verwendet, jedoch ist es genauso gut möglich, einen Vertical-Cavity-Surface-Emitting-Laser (VCSEL) zu verwenden. Bei Verwendung eines VCSEL beträgt die maximale Ausgangsleistung im Grundmodus (TEM00) ungefähr 2 mW; dies entspricht einem Zehntel oder weniger der Ausgangsleistung des Kantenemissionslasers. In dieser Ausführungsform wird der Laserstrahl jedoch auf eine Größe gebündelt, die wesentlich kleiner als die bei herkömmlichen optischen Speicherplattenvorrichtungen verwendete Strahlfleckgröße ist, so dass die optische Dichte zumindest um eine Größenordnung erhöht werden kann. Daher ist sogar mit dem VCSEL ein Aufzeichnen möglich. Auch sind die temperaturbedingten Wellenlängenschwankungen gering, so dass keine Notwendigkeit für eine Korrektur der chromatischen Aberration besteht.
  • In dieser Ausführungsform wurde als Halbleiterlaser ein Halbleiterlaser verwendet, der die kürzeste auf dem Markt verfügbare Wellenlänge (630 nm) aufweist. In ziemlich genau derselben Weise kann aber auch ein gegenwärtig in der Entwicklung befindlicher blauer Laser (410 nm) aus AlGaInN verwendet werden. Hierbei kann die Strahlfleckgröße auf 0,15 μm oder weniger reduziert werden, womit eine weitere Erhöhung der Aufzeichnungsdichte auf das Doppelte oder mehr möglich ist.
  • Außerdem wurde für das transparente Bündelungsmedium in dieser Ausführungsform ein Flintglas hoher Dichte mit einem Brechungsindex von 1,91 verwendet. Es besteht jedoch keine obere Grenze für den Brechungsindex des Bündelungsmediums, solange es nur den Wert 1 überschreitet, so dass auch ein Material mit einem höheren Brechungsindex verwendet werden kann. Kristalline Materialien wie zum Beispiel Cadmiumsulfid CdS (Brechungsindex 2,5) und Zinkblende ZnS (Brechungsindex 2,37) können verwendet werden. Daher ist es möglich, die Strahlfleckgröße um weitere 20% oder mehr zu verringern und die Aufzeichnungsdichte um ungefähr 50% zu erhöhen.
  • Außerdem können für das optische Aufzeichnungsmedium verschiedene Aufzeichnungsmedien verwendet werden, wie beispielsweise Aufzeichnungs-/Wiedergabemedien, die eine nicht beschreibbare Platte mit ungeraden Vertiefungen, magnetooptische Aufzeichnungsmaterialien oder Phasenübergangsmaterialien verwenden, und einmal beschreibbare, mehrmals lesbare Medien zum Aufzeichnen durch Ausbilden ungerader Vertiefungen mittels optischer Absorption durch Farbstoffe usw.
  • Auch kann bei Verwendung eines Kantenemissionsiasers als Halbleiterlaser die Anordnung so ausgeführt werden, dass die aktive Schicht parallel zur dritten Oberfläche (untere Oberfläche des Fluggleiters) des transparenten Bündelungsmediums ausgerichtet ist.
  • Wie oben ausgeführt, ist der auf die erste Oberfläche des transparenten Bündelungsmediums auftreffende Laserstrahl erfindungsgemäß so angeordnet, dass er von einer reflektierenden Schicht, die an der Außenseite einer zweiten Oberfläche ausgebildet ist, so reflektiert wird, dass er an der dritten Oberfläche einen Strahlfleck ausbildet. Daher ist es möglich, zur optischen Aufzeichnung/Wiedergabe das Nahfeldlicht zu nutzen, das von dem an der dritten Oberfläche gebildeten Strahlfleck an der Außenseite der dritten Oberfläche emittiert wird, und außerdem die numerische Apertur innerhalb des transparenten Bündelungsmediums zu erhöhen. Dadurch kann ein sehr kleiner Strahlfleck erzeugt werden und in der Folge ist es möglich, eine hohe Aufzeichnungsdichte zu erzielen.
  • Außerdem können, da das Licht ohne Verwendung einer Objektivlinse gebündelt wird, der optische Abtastkopf miniaturisiert, dessen Gewicht verringert und die Datenübertragungsrate verbessert werden. Außerdem ist es auch möglich, die Höhe des optischen Abtastkopfs genauso niedrig wie bei solchen für magnetische Festplatten auszuführen und so zum Beispiel die Volumenaufzeichnungsdichte der optischen Vorrichtung zu verbessern.

Claims (27)

  1. Optischer Abtastkopf (1) mit: einem Lichtemitter (2), der zum emittieren eines Lichtstrahls ausgebildet ist; und einem transparenten Bündelungsmedium (6), das eine erste Oberfläche (6a) aufweist, auf die der Lichtstrahl auftrifft, sowie eine zweite Oberfläche (6b), an der eine reflektierende Struktur (7) ausgebildet ist, die auf die erste Oberfläche (6a) auftreffendes Licht zur Ausbildung eines Strahlflecks (9) an einer dritten Oberfläche (6c) des transparenten Bündelungsmediums (6) reflektiert, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Oberfläche (6b) des transparenten Bündelungsmediums (6) zumindest einen Teil eines Paraboloids oder zumindest einen Teil einer kugelförmigen Oberfläche umgrenzt.
  2. Optischer Abtastkopf nach Anspruch 1, bei dem das transparente Bündelungsmedium (6) einen Brechungsindex von 1 oder größer aufweist.
  3. Optischer Abtastkopf nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das transparente Bündelungsmedium (6) so aufgebaut ist, dass n·NA größer als 0,85 ist, wobei n den Brechungsindex des transparenten Bündelungsmediums (6) darstellt und NA die numerische Apertur des transparenten Bündelungsmediums (6) bedeutet.
  4. Optischer Abtastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die erste Oberfläche (6a) des transparenten Bündelungsmediums (6) planar ausgebildet ist.
  5. Optischer Abtastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die dritte Oberfläche (6c) des transparenten Bündelungsmediums (6) planar ausgebildet ist.
  6. Optischer Abtastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die reflektierende Struktur (7) eine auf der zweiten Oberfläche (6b) ausgebildete metallische Schicht aufweist.
  7. Optischer Abtastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die reflektierende Struktur (7) ein an der zweiten Oberfläche (6b) ausgebildetes Reflexionshologramm aufweist.
  8. Optischer Abtastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7, bei dem die reflektierende Struktur (7) ein Volumenhologramm aufweist.
  9. Optischer Abtastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7, bei dem die reflektierende Struktur (7) ein binäres Hologramm aufweist.
  10. Optischer Abtastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das transparente Bündelungsmedium (6) ein erstes transparentes Medium und ein zweites transparentes aufweist, die aneinander befestigt sind und im Wesentlichen den selben Brechungsindex aufweisen, wobei das erste transparente Medium die erste Oberfläche (6a) und die zweite Oberfläche (6b) aufweist und das zweite transparente Medium einen Fluggleiter (18) aufweist, der für eine schwebende Bewegung auf einer sich drehenden optischen Speicherplatte (12) ausgebildet ist, und wobei der Fluggleiter (18) die dritte Oberfläche (6c) aufweist.
  11. Optischer Abtastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Lichtemitter (2) einen Halbleiterlaser zum Emittieren eines Laserstrahls umfasst.
  12. Optischer Abtastkopf nach Anspruch 11, bei dem der Halbleiterlaser einen Kantenemissions-Halbleiterlaser umfasst.
  13. Optischer Abtastkopf nach Anspruch 12, bei dem der Kantenemissions-Halbleiterlaser eine aktive Schicht aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zur dritten Oberfläche (6c) des transparenten Bündelungsmediums (6) ist.
  14. Optischer Abtastkopf nach Anspruch 12, bei dem der Kantenemissions-Halbleiterlaser eine aktive Schicht aufweist, die im Wesentlichen parallel zur dritten Oberfläche (6c) des transparenten Bündelungsmediums (6) ist.
  15. Optischer Abtastkopf nach Anspruch 11, bei dem der Halbleiterlaser einen Oberflächenemissions-Halbleiterlaser umfasst.
  16. Optischer Abtastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Lichtemitter (2) eine Laserstrahlquelle zum Emittieren eines Laserstrahls und eine Kollimatorlinse (4) umfasst, die dazu ausgebildet ist, den von der Laserstrahlquelle emittierten Laserstrahl in einen, auf die erste Oberfläche (6a) des transparenten Bündelungsmediums (6) auffallenden kollimierten Strahl (5) zu überführen.
  17. Optischer Abtastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem die erste Oberfläche (6a) und die dritte Oberfläche (6c) des transparenten Bündelungsmediums (6) orthogonal zueinander angeordnet sind.
  18. Optischer Abtastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem der Lichtemitter (2) eine Laserstrahlquelle zum Emittieren eines Laserstrahls und ein piezoelektrisches Element (20) umfasst, das den Laserstrahl zum Versetzen der Position verschiebt, an der der Strahlfleck (9) ausgebildet ist.
  19. Optische Speicherplattenvorrichtung mit einer zur Drehung ausgebildeten optischen Speicherplatte (12) und einem optischen Abtastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Ausbildung eines Strahlflecks (9) auf der optischen Speicherplatte (12) mittels Bündelung eines Lichtstrahls, um Informationen aufzuzeichnen oder wiederzugeben,.
  20. Optische Speicherplattenvorrichtung nach Anspruch 19, bei dem das transparente Bündelungsmedium (6) ein erstes transparentes Medium und ein zweites transparentes Medium umfasst, die aneinander befestigt sind und im Wesentlichen denselben Brechungsindex aufweisen, wobei das erste transparente Medium die erste Oberfläche (6a) und die zweite Oberfläche (6b) aufweist, das zweite transparente Medium als Fluggleiter (18) ausgebildet ist, der zum Schweben und für ein schwebendes Verschieben auf einer sich drehenden optischen Speicherplatte (12) ausgebildet ist, und wobei der Fluggleiter (18) die dritte Oberfläche (6c) aufweist, und der Lichtemitter (2) und ein zur optischen Aufzeichnung oder optischen Wiedergabe erforderliches optisches System auf dem Fluggleiter (18) angeordnet sind.
  21. Optische Speicherplattenvorrichtung nach Anspruch 19, bei dem die optische Speicherplatte (12) als Nur-Lese-Medium ausgebildet ist, auf dem Informationen mittels einer ungeraden binären Bitfolge aufgezeichnet sind.
  22. Optische Speicherplattenvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem die optische Speicherplatte (12) als magneto-optisches Aufzeichnungsmedium ausgebildet ist.
  23. Optische Speicherplattenvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem die optische Speicherplatte (12) ein auf einem Phasenübergang basierendes optisches Aufzeichnungsmedium umfasst.
  24. Optische Speicherplattenvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem die optische Speicherplatte (12) als einmal beschreibbares, mehrmals lesbares Aufzeichnungsmedium ausgebildet ist.
  25. Optische Speicherplattenvorrichtung mit mehreren koaxial zueinander angeordneten optischen Speicherplatten (12), die durch einen vorgegebenen Abstand voneinander getrennt und drehbar ausgebildet sind, und mit mehreren optischen Abtastköpfen (1), die nach einem der Ansprüche 1 bis 18 ausgebildet sind, um zum Aufzeichnen oder Wiedergeben von Informationen Lichtstrahlen zur Ausbildung von Strahiflecken (9) nahe den mehreren optischen Speicherplatten (12) zu bündeln.
  26. Optische Speicherplattenvorrichtung nach Anspruch 19, die ferner aufweist: einen Antrieb (14, 15, 30, 45) für den optischen Abtastkopf, der zum Verschieben des optischen Abtastkopfs in vorgegebene Spurführungsrichtungen ausgebildet ist: einen Halbleiterlaser, der zum Emittieren des Lichtstrahls ausgebildet ist; ein piezoelektrisches Element (20), das zum Verschieben des Halbleiterlasers für ein Versetzen der Position ausgebildet ist, an der der Strahlfleck (9) gebildet wird; und einen Treiber (16), der zur Ansteuerung des Antriebs (14, 15, 30, 45) für den optischen Abtastkopf auf der Grundlage eines Fehlersignals in einem niederfrequenten Bereich und zur Ansteuerung des piezoelektrischen Elements (20) auf der Grundlage eines Fehlersignals in einem hochfrequenten Bereich ausgebildet ist.
  27. Optische Speicherplattenvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 26, bei dem der Halbleiterlaser als Halbleiterlaser mit Strahlablenkung ausgebildet ist, der ein Elektrodenanschlusspaar (461b) umfasst, das nahe einer Kopfkante, an der der Laserstrahl emittiert wird, angeordnet ist, wobei die Elektrodenanschlüsse (461b) einen elektrischen Strom aufteilen oder abwechselnd den Strom zuführen, um eine Position zu versetzen, an der der Strahlfleck (9) ausgebildet wird.
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