DE69937102T2

DE69937102T2 - Vorrichtung zur optischen abtastung eines aufzeichnungsträgers

Info

Publication number: DE69937102T2
Application number: DE69937102T
Authority: DE
Inventors: Bernardus H. Hendriks; Josephus J. Braat
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1998-12-10
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: TW455865B; CN1140900C; JP2002532816A; KR20010040801A; DE69937102D1; EP1055230A1; EP1055230B1; KR100603893B1; WO2000034949A1; ATE373303T1; CN1296614A

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Abtasteinrichtung zum optischen Abtasten eines Aufzeichnungsträgers einer ersten und zweiten Art, wobei die erste Art von Aufzeichnungsträger eine erste Informationsschicht und eine erste transparente Schicht mit einer ersten Dicke umfasst, und die zweite Art von Aufzeichnungsträger eine zweite Informationsschicht und eine zweite transparente Schicht mit einem Brechungsindex n₁ und einer zweiten Dicke größer als der ersten Dicke umfasst, wobei die Einrichtung eine Objektivlinse und eine konvexe Linse zum Konvergieren eines Strahlenbündels durch die erste oder zweite transparente Schicht hindurch auf einen Brennpunkt auf der Informationsschicht sowie Mittel zum axialen Positionieren der konvexen Linse umfasst, wobei die konvexe Linse eine der Objektivlinse zugewandte konvexe Oberfläche, eine im Wesentlichen ebene, der transparenten Schicht zugewandte Oberfläche, eine Vergrößerungsleistung und einen Brechungsindex n₂ hat.
Die Menge an Informationen, die auf einem optischen Aufzeichnungsträger gespeichert werden kann, hängt unter anderem von der Größe des Strahlungspunktes ab, der von der Abtasteinrichtung auf der Informationsschicht des Aufzeichnungsträgers gebildet wird. Die Informationsdichte und somit die Menge an gespeicherten Informationen kann erhöht werden, indem die Größe des Punktes verringert wird. Die Punktgröße lässt sich reduzieren, indem die numerische Apertur des Strahlenbündels, das den Punkt bildet, erhöht wird. Bei Verwendung einer einzelnen Objektivlinse ist eine derartige Erhöhung der numerischen Apertur im Allgemeinen mit einer Verringerung des freien Arbeitsabstandes der das Strahlenbündel bildenden Linse, d. h. des kleinsten Abstandes zwischen dem Aufzeichnungsträger und der Linse, verbunden. Bei höheren numerischen Aperturen steigen die Herstellungskosten derartiger Objektivlinsen, das Linsenfeld reduziert sich und die Dispersion des Materials, aus dem die Linse hergestellt ist, führt zu weiteren Problemen. Die Probleme lassen sich abmildern, indem eine konvexe Linse zwischen die Objektivlinse und den Aufzeichnungsträger eingefügt wird. Die konvexe Linse kann plankonvex sein. Die konvexe Linse kann eine verschiebbare Linse oder eine Festkörperimmersionslinse sein und mit Hilfe von Mitteln zur Bestimmung der axialen Position der Linse, d. h. der Position auf der optischen Achse der Linse, in einem sehr geringen Abstand über dem Aufzeichnungsträger angeordnet sein. Größere Abstände sind ebenso möglich. Die Gesamtkonvergenz des Strahlenbündels ist über die Objektivlinse und die plankonvexe Linse verteilt. Ein Vorteil der Verwendung der plankonvexen Linse besteht darin, dass sie dem Strahlenbündel kaum Aberrationen hinzufügt.
Eine Abtasteinrichtung mit einer derartigen plankonvexen Linse ist aus der europäischen Patentanmeldung Nr. 0 727 777 bekannt. Die Einrichtung umfasst einen optischen Kopf, in dem eine Objektivlinse und eine plankonvexe Linse ein Strahlenbündel auf eine numerische Apertur (NA) von 0,84 konvergieren, um den Aufzeichnungsträger durch eine transparente Schicht hindurch abzutasten. Die plankonvexe Linse ist in einer geringen Höhe über dem Aufzeichnungsträger angeordnet. Die Linse kann auf einem Schieber in gleitendem Kontakt mit dem Aufzeichnungsträger montiert sein oder auf einer dünnen Luftschicht schweben. Die Linse hat einen freien Arbeitsabstand von mehreren Mikrometern. Ein Nachteil der bekannten Einrichtung besteht darin, dass sich beim Wechsel des Abtastens auf einen Aufzeichnungsträger, der eine transparente Schicht mit größerer Dicke aufweist, der freie Arbeitsabstand beträchtlich reduziert. Bei einer bestimmten Ausführungsform ändert sich dieser Abstand von 300 auf 125 μm, wenn sich die Dicke der transparenten Schicht von 100 auf 600 μm ändert. Eine derartige Reduzierung erfordert eine Höhe der plankonvexen Linse, die je nach Art des abzutastenden Aufzeichnungsträgers eingestellt werden kann. Die Reduzierung beeinflusst auch das dynamische Verhalten der plankonvexen Linse, insbesondere das Verhalten des Servos, der die axiale Position und/oder die Neigung der Linse steuert, und erhöht die Gefahr von Kollisionen zwischen dem optischen Kopf und dem Aufzeichnungsträger.
Weitere relevante optische Abtasteinrichtungen sind durch die Patentschriften US 5691971 A und US 5764613 A offenbart.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abtasteinrichtung zum Abtasten zweier Arten von Aufzeichnungsträgern mit einem Strahlenbündel hoher numerischer Apertur zu schaffen, welche die oben erwähnten Nachteile nicht aufweist.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Abtasteinrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vergrößerungsleistung der konvexen Linse im Wesentlichen 1/n₁ beträgt und die Mittel den Abstand zwischen der konvexen Linse und dem Aufzeichnungsträger auf einem vorgegebenen Wert aufrechterhalten. Die Abtasteinrichtung hat den Vorteil, dass der Abstand zwischen der konvexen Linse und dem Aufzeichnungsträger bei der ersten und zweiten Art von Aufzeichnungsträgern im Wesentlichen denselben Wert hat. Somit kann dieselbe Aufhängung der plankonvexen Linse für beide Arten von Aufzeichnungsträgern verwendet werden, wodurch sich der Aufbau der Abtasteinrichtung vereinfacht und die Unempfindlichkeit gegenüber Kollisionen des optischen Kopfes der Abtasteinrichtung mit dem Aufzeichnungsträger verbessert wird. Das Servosystem der Abtasteinrichtung zum axialen Positionieren der Objektivlinse und/oder der konvexen Linse kann relativ einfach sein. Das Servosystem muss die Position der Objektivlinse so anpassen, dass das Strahlenbündel auf eine Informationsschicht fokussiert wird, und es muss den Abstand zwischen der konvexen Linse und dem Aufzeichnungsträger auf einem konstanten Wert halten. Das Servosystem erfordert für unterschiedliche Aufzeichnungsträger keine unterschiedlichen Einstellungen. Es ist ein Vorteil der erfindungsgemäßen Abtasteinrichtung, dass die Kompensation der sphärischen Aberration automatisch an den gerade abgetasteten Aufzeichnungsträger angepasst wird.
Die Vergrößerungsleistung beträgt vorzugsweise 1/n₁, wenn die Art von Aufzeichnungsträger abgetastet wird, die die größte numerische Apertur (NA) erfordert. Dies ist im Allgemeinen die Art von Aufzeichnungsträger mit der dünnsten transparenten Schicht. Bei einem Brechungsindex der transparenten Schicht im Bereich zwischen 1,5 und 1,6 liegt die Vergrößerung im Bereich zwischen 0,625 und 0,667, d. h. 0,646 ±0,021.
Die Erfindung betrifft außerdem eine optische Abtasteinrichtung zum optischen Abtasten eines Aufzeichnungsträgers, der mindestens zwei übereinander liegende Informationsschichten und eine zwischen den Informationsschichten angeordnete transparente Trennschicht mit einem Brechungsindex n₁ umfasst, wobei die Einrichtung eine Objektivlinse und eine konvexe Linse zum Konvergieren eines Strahlenbündels auf einen Brennpunkt auf einer der Informationsschichten und Mittel zum axialen Positionieren der konvexen Linse umfasst, wobei die konvexe Linse eine der Objektivlinse zugewandte konvexe Oberfläche, eine im Wesentlichen ebene, der transparenten Schicht zugewandte Oberfläche, eine Vergrößerungsleistung und einen Brechungsindex n₂ hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergrößerungsleistung der konvexen Linse im Wesentlichen dem Wert 1/n₁ entspricht und die Mittel den Abstand zwischen der konvexen Linse und dem Aufzeichnungsträger auf einem vorgegebenen Wert aufrechterhalten. Beim Wechsel des Abtastens von einer Informationsschicht auf eine andere Informationsschicht muss die axiale Position der Objektivlinse geändert werden, um den Brennpunkt des Strahlenbündels auf die gewünschte Informationsschicht zu bewegen, während der Abstand zwischen der kon vexen Linse und der Eintrittsfläche des Aufzeichnungsträgers, der auch als „Spalt" bezeichnet wird, nicht verändert zu werden braucht. Da der Abstand zwischen der konvexen Linse und der Eintrittsoberfläche des Aufzeichnungsträgers auf einem festen Wert gehalten werden kann, vereinfacht sich die Konstruktion des optischen Kopfes der Abtasteinrichtung.
Der Brechungsindex n₁ der transparenten Schicht ist vorzugsweise größer als der Brechungsindex n₂ der konvexen Linse. Die sphärische Aberration, die durch den Spalt zwischen der konvexen Linse mit einem niedrigeren Brechungsindex als n₂ und der transparenten Schicht mit einem höheren Brechungsindex als n₂ verursacht wird, kompensiert sich zumindest teilweise gegenseitig. Das Ausmaß an durch die Objektivlinse eingeführter sphärischer Aberration reduziert sich dann, was wiederum die erwähnte Positionstoleranz weiter erhöht. Die Brechungsindizes stehen vorzugsweise in folgender Beziehung zueinander: (n₁ – 1) > 1,03 (n₂ – 1).
Um am Ort des Brennpunktes eine minimale sphärische Aberration zu erzielen, hängt die Größe d_Spalt des Spaltes gemäß der folgenden Beziehung vorzugsweise vom Brechungsindex n₂ der konvexen Linse und vom Brechungsindex n₁ der transparenten Schicht ab:
d_Spalt/d_s = (n₂/n₁ ³)·(n₁ ² – n₂ ²)/(n₂ ² – 1). Ist d_s größer als d_Spalt, wobei d_s die Dicke der transparenten Schicht ist, liegt der Wert von d_Spalt vorzugsweise innerhalb von 40 % der Beziehung.
Der Wert von d_s ist vorzugsweise größer als der Wert von d_Spalt, um Brechungsindizes verfügbarer Materialien zu erhalten.
Das Produkt aus der Verstärkungsleistung und dem Brechungsindex n₁ liegt vorzugsweise im Bereich von 0,95 bis 1,05.
Die Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden eingehenderen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung hervor, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigen:
1 eine Abtasteinrichtung,
2 eine Objektivlinse und eine konvexe Linse,
3 drei unterschiedliche Arten von Aufzeichnungsträgern und
4 eine Ausführungsform einer Objektivlinse und einer plankonvexen Linse.
1 zeigt eine Einrichtung zum Abtasten eines optischen Aufzeichnungsträgers 1. Der Aufzeichnungsträger umfasst eine transparente Schicht 2, auf deren einer Seite eine Informationsschicht 3 angeordnet ist. Die der transparenten Schicht abgewandte Seite der Informationsschicht ist durch eine Schutzschicht 4 vor Umgebungseinflüssen geschützt. Die der Einrichtung zugewandte Seite der transparenten Schicht wird als Eintrittsfläche 5 bezeichnet. Die transparente Schicht 2 fungiert als Substrat für den Aufzeichnungsträger, indem sie eine mechanische Grundlage für die Informationsschicht bereitstellt. Alternativ dazu kann die transparente Schicht die alleinige Funktion des Schutzes der Informationsschicht haben, während die mechanische Grundlage durch eine Schicht auf der anderen Seite der Informationsschicht bereitgestellt wird, z. B. durch die Schutzschicht 4 oder durch eine weitere Informationsschicht und eine weitere transparente Schicht, die mit der Informationsschicht 3 verbunden sind. Informationen können in der Informationsschicht 3 des Aufzeichnungsträgers in Form optisch detektierbarer Marken gespeichert sein, die in im Wesentlichen parallelen, konzentrischen oder spiralförmigen Spuren, in der Figur nicht gezeigt, angeordnet sind. Die Marken können in beliebiger optisch lesbarer Form vorliegen, z. B. in Form von Vertiefungen oder Bereichen mit einem Reflexionskoeffizienten oder einer Magnetisierungsrichtung, der bzw. die sich von der Umgebung der Vertiefungen oder Bereiche unterscheidet, oder in einer Kombination dieser Formen.
Die Abtasteinrichtung umfasst eine Strahlungsquelle 6, z. B. einen Halbleiterlaser, die ein divergierendes Strahlenbündel 7 emittiert. Ein Strahlteiler 8, z. B. eine halbtransparente Platte, reflektiert die Strahlung in Richtung eines Linsensystems. Das Linsensystem umfasst eine Kollimatorlinse 9, eine Objektivlinse 10 und eine konvexe Linse 11. Die Kollimatorlinse 9 wandelt das divergierende Strahlenbündel 7 in ein kollimiertes Strahlenbündel 12 um. Die Objektivlinse 10 mit einer optischen Achse 13 wandelt das kollimierte Strahlenbündel 12 in ein konvergierendes Strahlenbündel 14 um, das auf die Linse 11 trifft. Die Kollimatorlinse 9 und die Objektivlinse 10 können in einer einzigen Linse zusammengefasst werden. Die konvexe Linse 11 wandelt das auftreffende Strahlenbündel 14 in ein konvergierendes Strahlenbündel 15 um, welches auf der Informationsschicht 3 auf einen Brennpunkt 16 fokussiert wird. Die konvexe Linse 11 hat eine konvexe Oberfläche und eine im Wesentlichen flache Oberfläche, d. h. die Linse 11 ist eine plankonvexe Linse. Die flache Oberfläche kann ein asphärisches Profil ohne signifikante optische Stärke haben. Die flache Oberfläche kann eine Krümmung aufweisen, z. B. zu aerodynamischen Zwecken, wobei die Krümmung ausreichend klein ist, um die optische Leistung der konvexen Linse nicht signifikant zu beeinträchtigen. Die flache Oberfläche ist der transparenten Schicht 2 zugewandt und bildet einen Spalt zwischen der Linse und der Schicht. Obwohl die Objektivlinse 10 in der Figur als ein einziges Linsenelement angezeigt ist, kann sie mehrere Elemente und außerdem ein durchlassend oder reflektierend wirkendes Hologramm oder ein Gitter zum Auskoppeln von Strahlung aus einem Wellenleiter umfassen, der das Strahlenbündel transportiert. Strahlung des konvergierenden Strahlenbündels 15, die von der Informationsschicht 3 reflektiert wird, bildet ein reflektiertes Strahlenbündel 17, das entlang dem Weg des konvergierenden, vorwärts gerichteten Strahlenbündels 14 zurückkehrt. Die Objektivlinse 10 und die Kollimatorlinse 9 wandeln das reflektierte Strahlenbündel 17 in ein konvergierendes reflektiertes Strahlenbündel 18 um und der Strahlteiler 8 trennt das vorwärts gerichtete Strahlenbündel sowie das reflektierte Strahlenbündel, indem er zumindest einen Teil des reflektierten Strahlenbündels 18 in Richtung eines Detektionssystems 19 durchlässt. Das Detektionssystem erfasst die Strahlung und wandelt sie in ein oder mehrere elektrische Signale um. Eines dieser Signale ist ein Informationssignal 20, dessen Wert die von der Informationsschicht 3 gelesene Information repräsentiert. Ein weiteres Signal ist ein Brennpunktfehlersignal 21, dessen Wert den axialen Höhenunterschied zwischen dem Brennpunkt 16 und der Informationsschicht 3 repräsentiert. Das Brennpunktfehlersignal wird als Eingang für einen Brennpunkt-Servocontroller 22 verwendet, der die axiale Position der Objektivlinse 10 und/oder der konvexen Linse 11 und dadurch die axiale Position des Brennpunktes 16 in der Weise steuert, dass sie im Wesentlichen mit der Ebene der Informationsschicht 3 zusammenfällt. Der Teil des Detektionssystems einschließlich eines oder mehrerer strahlungsempfindlicher Detektionselemente und einer elektronischen Schaltung zum Verarbeiten des Ausgangssignals der Detektionselemente, der zur Erzeugung des Brennpunktfehlers verwendet wird, wird als Brennpunktfehler-Detektionssystem bezeichnet. Das Brennpunkt-Servosystem zum Positionieren des Linsensystems umfasst das Brennpunktfehler-Detektionssystem, den Brennpunkt-Servocontroller und einen Aktuator zum Bewegen des Linsensystems.
Der Spalt, d. h. der Abstand zwischen der ebenen Oberfläche von Linse 11 und der Eintrittsoberfläche 5 des Aufzeichnungsträgers 1, sollte unabhängig von der Art des Aufzeichnungsträgers und der Position der Informationsschicht im Aufzeichnungsträger im Wesentlich auf einem Nennwert aufrechterhalten werden. Dies kann durch Verwendung einer passiven Luftpolsterkonstruktion erreicht werden, die die Linse 11 trägt und dafür ausgelegt ist, den Spalt auf seinem Nennwert aufrechtzuerhalten. Es kann auch ein optisch abgeleitetes Fehlersignal verwendet werden, dass die Abweichung des tatsächlichen Spaltes von seinem Nennwert repräsentiert; ein spezieller Aktuator hält dann die plankonvexe Linse in ihrem vorgeschriebenen Abstand von der transparenten Schicht, indem das Fehlersignal als Eingangssignal für den Servoregelkreis des Aktuators verwendet wird. Der Aktuator der Linse 10 wird vom Brennpunktfehlersignal 21 gesteuert, um den Brennpunkt 16 auf der Informationsschicht 3 zu halten.
Die sphärische Aberration, die entsteht, wenn das Strahlenbündel durch eine transparente Schicht hindurch fokussiert werden muss, die dicker als die Konstruktionsdicke der Schicht ist, wird durch einen Fokussiervorgang der Objektivlinse kompensiert. Der Fokussiervorgang bewirkt, dass die plankonvexe Linse aufgrund der Änderung der Vergrößerung eine sphärische Aberration in einem Umfang erzeugt, durch den die von der dickeren transparenten Schicht erzeugte Aberration aufgehoben wird. Während des Fokussiervorgangs der Objektivlinse sollte der Spalt auf die oben beschriebene Weise im Wesentlichen auf seinem Nennwert aufrechterhalten werden. Die Schwankungen der Dicke der transparenten Schicht eines Aufzeichnungsträgers liegen im Allgemeinen in der Größenordnung von einigen wenigen Prozent der Nenndicke, z. B. unter 10 μm bei einer Nennschichtdicke von 100 μm. Bei bestimmten Anwendungsfällen liegen die Schwankungen innerhalb von 3 μm Spitze-Spitze.
2 zeigt eine Vergrößerung der Objektivlinse 10 und der plankonvexen Linse 11. Die Objektivlinse 10 kann eine mono-asphärische plankonvexe Linse oder eine bi-asphärische Linse sein. Die Objektivlinse 10 ist in bekannter Weise zur Kompensation der durch die konvexe Linse 11 und die transparente Schicht 2 eingeführten sphärischen Aberration ausgelegt, wodurch das Strahlenbündel in der Nähe des Brennpunktes 16 nominell im Wesentlichen keine sphärische Aberration aufweist.
Die Toleranz des optischen Kopfes gegenüber Dickenschwankungen der transparenten Schicht 2 kann relativ groß sein, wenn die Verstärkungsleistung B der plankonvexen Linse 11 im Wesentlichen dem Wert 1/n₁, d. h. dem Kehrwert des Brechungsindex der transparenten Schicht, entspricht. Dies ist wie folgt zu verstehen: Bei einer Änderung des Abstandes zwischen Linse 10 und Linse 11 ändern sich die konjugierten Entfernungen der Linse 11. Ändert sich der Bildabstand von Linse 11 um einen Betrag von Δl, so ändert sich die sphärische Aberration W im Strahlenbündel 15 um: –ΔW1 = 18 (1 – B2)NA4Δl.
Die sphärische Aberration, die durch eine Änderung Δd₁ der Dicke der transparenten Schicht 2 in das Strahlenbündel 15 eingeführt wird, entspricht der Beziehung
Wenn sich der Bildabstand von Linse 11 um Δl und die Dicke der transparenten Schicht um Δd₁ ändern, müssen sich der Abstand d₂ zwischen der Linse 11 und der Eintrittsfläche des Aufzeichnungsträgers um Δd₂ ändern, um den Brennpunkt des Strahlenbündels auf der Informationsschicht zu halten, wobei
Die durch die Dickenschwankung eingeführte sphärische Aberration kann kompensiert werden, indem ΔW₁ = –ΔW₂ gewählt wird, wodurch sich für Δl ein Wert von
ergibt. Die entstehende Änderung Δd_Spalt des Abstandes d_Spalt zwischen der flachen Oberfläche der plankonvexen Linse 11 und der Eintrittsfläche 5 der transparenten Schicht 2 beträgt
Der Ausdruck in den eckigen Klammern kann den Wert null annehmen, wenn der Wert von B gleich 1/n₁ gesetzt wird. In diesem Fall hängt die Änderung Δd_Spalt des Abstandes d_Spalt in dieser Näherung nicht von den Schwankungen Δd₁ der Dicke der transparenten Schicht 2 ab. Mit anderen Worten, der freie Arbeitsabstand der Linse 11 hängt nicht von der Dicke der transparenten Schicht ab.
Die Abtasteinrichtung ist zum Abtasten zweier unterschiedlicher Arten von Aufzeichnungsträgern ausgelegt. 3 zeigt die erste Art von Aufzeichnungsträger 25, der eine transparente Schicht 26 mit einer Eintrittsfläche 29 umfasst, an der die Strahlung der Abtasteinrichtung in den Aufzeichnungsträger eintritt. Der Aufzeichnungsträger 25 umfasst außerdem eine Informationsschicht 27 und eine Schutzschicht 28. Bei der zweiten Art von Aufzeichnungsträger handelt es sich um den in 1 gezeigten Aufzeichnungsträger 1 mit der transparenten Schicht 2, der Informationsschicht 3 und der Schutzschicht 4. Die Informationsschichten 3 und 27 können unterschiedliche oder gleiche Informationsdichten aufweisen und die Informationen können in unterschiedlichen oder gleichen Arten von Marken in unterschiedlichen oder gleichen Formaten gespeichert sein. Die Dicke der transparenten Schicht 2 ist größer als die Dicke der transparenten Schicht 26. Die Dicke der transparenten Schicht 26 kann null sein, wodurch der Aufzeichnungsträger wie in 3 gezeigt zu einem sogenannten „Air-Incident"-Aufzeichnungsträger 30 wird und eine Informationsschicht 31 sowie eine Schutzschicht oder ein Substrat 32 umfasst. In einem speziellen Beispiel ist die transparente Schicht 26 eine 100 μm dicke Polycarbonatfolie und die transparente Schicht 2 eine 600 μm dicke Polycarbonatschicht, wohingegen die Informationsdichte der Informationsschicht 27 höher als die Informationsdichte der Informationsschicht 3 ist. Der Spalt zwischen der konvexen Linse 11 und der Eintrittsoberfläche 5 ist ausreichend klein gewählt, um die erforderliche hohe numerische Apertur des Strahlenbündels 15 zu realisieren, und ausreichend groß gewählt, um Kollisionen der plankonvexen Linse 11 oder deren Halter mit dem Aufzeichnungsträger zu vermeiden.
Beim Wechsel des Abtastens von einem Aufzeichnungsträger 25 der ersten Art zu einem Aufzeichnungsträger 1 der zweiten Art wird die konvexe Linse 11 in derselben Höhe über der Eintrittsfläche 5 wie über der Eintrittsfläche 29 positioniert. Die axiale Position der Objektivlinse 10 wird durch das Brennpunkt-Servosystem in der Weise gesteuert, dass der Brennpunkt 16 mit der Informationsschicht 27 zusammenfällt. Das Positionieren der beiden Linsen 10 und 11 ändert den Abstand zwischen ihnen in einer Weise, dass die Linsen die Änderung der sphärischen Aberration kompensieren, die durch die Änderung der Dicke der transparenten Schicht verursacht wird. Da der Spalt zwischen der plankonvexen Linse 11 und der Eintrittsfläche bei beiden Arten von Aufzeichnungsträgern im We sentlichen identisch ist, ist auch das dynamische Verhalten des optischen Kopfes bei beiden Arten von Aufzeichnungsträgern sehr ähnlich.
4 zeigt eine Objektivlinse 45 und eine konvexe Linse 46 für die oben erwähnte Abtasteinrichtung. Die Strahlung hat eine Wellenlänge von 650 nm. Die numerische Apertur zum Abtasten des Aufzeichnungsträgers 25 mit einer 100 μm dicken transparenten Polycarbonatschicht entspricht 0,85. Die numerische Apertur zum Abtasten des Aufzeichnungsträgers 1 mit einer 600 μm dicken transparenten Polycarbonatschicht entspricht 0,60. Der Brechungsindex von Polycarbonat bei einer Wellenlänge von 650 nm beträgt 1,5806. Die plankonvexe Linse 46 ist aus Schott-Glas FK3 mit einem Brechungsindex von 1,46 und einer flachen Oberfläche hergestellt. Der Krümmungsradius der konvexen Oberfläche der Linse 46 beträgt 1,25 mm und die Dicke der Linse beträgt auf der optischen Achse 1,25 mm. Der Wert von n₁B für die Linse 11 beträgt 0,985. Der Abstand zwischen der ebenen Oberfläche 47 und der Eintrittsfläche 29 des Aufzeichnungsträgers 25 soll 100 μm betragen. Beim Wechsel des Abtastens zum Aufzeichnungsträger 1 ändert sich der Abstand zwischen der ebenen Oberfläche und der Eintrittfläche 5 auf 93 μm, d. h. eine Änderung von lediglich 7 μm bei einem Abstand von 100 μm, um die optimale Kompensation der sphärischen Aberration zu erzielen. Somit führt beim Wechsel von einem Aufzeichnungsträger der ersten Art zu einem Aufzeichnungsträger der zweiten Art die Beibehaltung des Luftspaltes von 100 μm zu einer wirksamen Kompensation der sphärischen Aberration.

Die Objektivlinse 45 ist aus Schott-Glas LAKN22 mit einem Brechungsindex von 1,648 hergestellt. Die konvexe Oberfläche 48 der Objektivlinse hat einen Krümmungsradius r₁ von 2,429 mm, der Krümmungsradius r₂ der konkaven Oberfläche 49 beträgt 180,368 mm. Die Dicke der Linse beträgt auf der optischen Achse 1,9 mm. Beim Abtasten durch die 600 μm dicke transparente Schicht des Aufzeichnungsträgers 1 hindurch beträgt der Abstand zwischen den Linsen 45 und 46 auf der optischen Achse 0,010 mm und beim Abtasten durch die 100 μm dicke transparente Schicht des Aufzeichnungsträgers 25 hindurch 0,985 mm. Beide Oberflächen 48 und 49 haben ein asphärisches Profil, das durch die folgende Gleichung beschrieben wird:

wobei für die Oberfläche 48 c₁ = 1/r₁ und für die Oberfläche 49 c₁ = 1/r₂ ist, z die Koordinate entlang der optischen Achse und r die rechtwinklig zur optischen Achse verlaufende radiale Koordinate ist, wie in der Figur angezeigt. Die Werte der Koeffizienten a₄ bis a₁₆ sind nachfolgend aufgeführt:

Oberfläche 48 a₄ = –0,00064031138 a₆ = –0,002214109 a₈ = –0,00013925445 a₁₀ = 0,00029925671 a₁₂ = –0,00010404658 a₁₄ = 1,2246551 e-5 a₁₆ = –5,0598072 e-7

Oberfläche 49 a₄ = 0,018413388 a₆ = –0,023037169 a₈ = 0,0171954 a₁₀ = –0,0071408498 a₁₂ = 0,0015024416 a₁₄ = –0,00012458591 a₁₆ = 0

Die Abtasteinrichtung ist außerdem besonders geeignet zum Abtasten eines wie in 3 gezeigten mehrschichtigen Aufzeichnungsträgers 35. Der Aufzeichnungsträger umfasst eine transparente Schicht 36 mit einer Eintrittsfläche 37, zwei durch eine transparente Trennschicht 40 getrennte Informationsschichten 38 und 39 sowie eine schützende Deckschicht 41. Die Trennschicht kann eine zwischen die Informationsschichten geklebte Folie oder eine mittels Rotationsbeschichtung (Spin Coating) aufgetragene UV-gehärtete Schicht mit einer Dicke von 30 μm sein. Das Material der Trennschicht kann ein Polymer wie z. B. Polycarbonat mit einem Brechungsindex von 1,58 sein. Beim Wechsel des Abtastens von Informationsschicht 38 zu Informationsschicht 39 wird die Objektivlinse 10 axial so bewegt, dass der Brennpunkt 16 von der Informationsschicht 38 zur Informationsschicht 39 verlagert wird. Der Abstand zwischen der plankonvexen Linse 11 und der Eintrittsfläche 37 des Aufzeichnungsträgers ändert sich nicht, d. h. der freie Arbeitsabstand bleibt etwa derselbe. Durch die Änderung des Abstands zwischen der Objektivlinse 10 und der plankonvexen Linse 11 wird eine sphärische Aberration eingeführt, durch die die von der Trennschicht 40 verursachte sphärische Aberration kompensiert wird. Die Kombination aus der Objektivlinse und der plankonvexen Linse fungiert als einstellbarer Kompensator für sphärische Aberration.

Claims

Optische Abtasteinrichtung zum optischen Abtasten eines Aufzeichnungsträgers (25, 1) einer ersten und zweiten Art, wobei die erste Art von Aufzeichnungsträger (25) eine erste Informationsschicht (27) und eine erste transparente Schicht (26) mit einer ersten Dicke umfasst, und die zweite Art von Aufzeichnungsträger (1) eine zweite Informationsschicht (3) und eine zweite transparente Schicht (2) mit einem Brechungsindex n₁ und einer zweiten Dicke größer als der ersten Dicke umfasst, wobei die Einrichtung eine Objektivlinse (10) und eine konvexe Linse (11) zum Konvergieren eines Strahlenbündels durch die erste oder zweite transparente Schicht hindurch auf einen Brennpunkt auf der Informationsschicht sowie Mittel (22) zum axialen Positionieren der konvexen Linse umfasst, wobei die konvexe Linse eine der Objektivlinse zugewandte konvexe Oberfläche, eine im Wesentlichen ebene, der transparenten Schicht zugewandte Oberfläche, eine Vergrößerungsleistung und einen Brechungsindex n₂ hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergrößerungsleistung der konvexen Linse im Wesentlichen dem Wert 1/n₁ entspricht und die Mittel (22) den Abstand zwischen der konvexen Linse und dem Aufzeichnungsträger auf einem vorgegebenen Wert aufrechterhalten.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Wert von n₁ größer als der Wert von n₂ ist.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Brechungsindizes n₁ und n₂ durch den Ausdruck (n₁ – 1) > 1,03 (n₂ – 1) miteinander in Beziehung stehen.
Optische Abtasteinrichtung zum optischen Abtasten eines Aufzeichnungsträgers (35), der mindestens zwei übereinander liegende Informationsschichten (38, 39) und eine zwischen den Informationsschichten angeordnete transparente Trennschicht (40) mit einem Brechungsindex n₁ umfasst, wobei die Einrichtung eine Objektivlinse (10) und eine konvexe Linse (11) zum Konvergieren eines Strahlenbündels auf einen Brennpunkt auf einer der Informationsschichten und Mittel (22) zum axialen Positionieren der konvexen Linse umfasst, wobei die konvexe Linse eine der Objektivlinse zugewandte konvexe Oberfläche, eine im Wesentlichen ebene, der transparenten Schicht zugewandte Oberfläche, eine Vergrößerungsleistung und einen Brechungsindex n₂ hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergrößerungsleistung der konvexen Linse im Wesentlichen dem Wert 1/n₁ entspricht und die Mittel (22) den Abstand zwischen der konvexen Linse und dem Aufzeichnungsträger auf einem vorgegebenen Wert aufrechterhalten.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 4, wobei der Wert von n₁ größer als der Wert von n₂ ist.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 5, wobei die Brechungsindizes n₁ und n₂ durch den Ausdruck (n₁ – 1) > 1,03 (n₂ – 1) miteinander in Beziehung stehen.