MXPA97008575A - Dispositivo para barrer opticamente un portador de registro - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de barridoóptico que puede barre dos tipos de portadores de registro cada uno teniendo una capa transparente con un grosor diferente, en el cual un haz de radiación enfocado barre una capa de información del portador de registro a través de la capa transparente. Cuando se barre un primer tipo de portador de registro el mejor foco del haz de radiación esta posicionado en la capa de información y ciando barre un segundo tipo portador de registro el foco paraxial del haz de radiación estáposicionado en la capa de información. El sistema de lentes que enfoca el haz de radiación comprende un anillo opaco entre unárea central transparente y unárea anular transparente.

Description

Dispositivo para Barrer Ópticamente un Portador de Registro La invención se relaciona con un dispositivo de barrido óptico para barrer un primer tipo de portador de registro teniendo una primera capa de información y una primera capa transparente de un primer grosor y para barrer un segundo tipo de portador de registro teniendo una segunda capa de información y una segunda capa transparente de un segundo grosor diferente del primer grosor, el dispositivo comprendiendo una fuente de radiación para generar un haz de radiación y un sistema de lentes diseñados para hacer converger el haz de radiación, a través de la primer capa transparente, en un foco en la primera capa de información. La invención también se relaciona a un método para barrer ópticamente un soporte de registro del primer o segundo tipo. El barrido incluye escribir, leer y/o borrar información en el soporte del registro. La capa transparente en los portadores de registro ópticos tiene, en general, la función de proteger la capa de información contra la influencia ambiental y proveen soportes mecánicos para el portador de registro, es decir, actúa como un sustrato para la capa de información. El grosor de la capa transparente es un compromiso entre la rigidez deseada del portador de registro y la apertura numérica del haz de radiación usado para barrer la capa de información. Si para un nuevo tipo de soporte de registro la apertura numérica se aumenta para aumentar la densidad de almacenamiento de la capa de información, es a menudo necesario reducir el grosor de la capa transparente para reducir la influencia de la inclinación del disco en la calidad del haz de radiación. Como una consecuencia, habrá diferentes tipos de soporte de registro en el mercado, teniendo diferentes grosores de la capa transparente. Un reproductor de registro compatible deberá ser capaz de barrer los diferentes tipos de portador de registro, independientemente del grosor de la capa transparente. La capa transparente, a través de la cual el haz de radiación barre la capa de información, introduce la llamada aberración esférica en el haz de radiación. La aberración esférica puede ser compensada en el sistema de lentes, haciendo el haz de radiación cerca de su foco sustancialmente libre de la aberración esférica. Si un sistema de lentes que compensó para un primer grosor de la capa transparente es usado para barrer un soporte de registro con una capa transparente de un segundo, diferente grosor, la calidad del foco será deteriorado debido a la sobre o hipocompensación de la aberración esférica. La no prepublicada solicitud de patente internacional IB96/00182 describe un dispositivo para barrido óptico de portadores de registros del primero y segundo tipo. Este dispositivo usa un sistema de lentes diseñados para hacer converger un haz de radiación a través de la primera capa transparente hacia el mejor foco en la primera capa de información. Cuando barren un portador de registro del segundo tipo, el sistema de lentes forma un foco paraxial en la segunda capa de información. El mejor foco de un haz es el punto a lo largo del eje del haz que tiene la máxima intensidad. El foco paraxial de un haz es el punto a lo largo del eje del haz a través del que, o hacia el que, los rayos paraxiales del haz convergen. La radiación reflejada por el portador de registro es detectado por un sistema de detección sensible a la radiación. Cuando se barre un soporte de registro del primer tipo, el sistema de detección usa toda radiación en el haz reflejado o la radiación en un área anular exterior de la sección transversal del haz reflejado. Cuando se barre un soporte de registro del segundo tipo, el sistema de detección detecta solamente radiación de un área central de la sección transversal del haz de radiación. Puesto que el sistema de lentes no está diseñado para hacer converger un haz de radiación a través del grosor de la segunda capa transparente, el haz de radiación provoca aberración esférica no corregida en el pasaje a través de la segunda capa transparente. Restringiendo la detección de los rayos en un área central del haz, los rayos altamente aberrados en el área externa anular del haz tendrán entonces una influencia reducida en las señales de salida del sistema de detección. De acuerdo al primer aspecto de la invención, el dispositivo de barrido óptico es diseñado para barrer un primer tipo de soporte de registro teniendo una primera capa de información y una primera capa transparente de un primer grosor y para barrer un segundo tipo de soporte de registros teniendo una segunda capa de información y una segunda capa transparente de un segundo grosor transparente de un segundo grosor diferente del primer grosor, el dispositivo comprendiendo una fuente de radiación para generar un haz de radiación y un sistema de lentes diseñados para hacer converger el haz de radiación a través de la primera capa transparente a un foco en la primera capa de información, un sistema de detección arreglado en un haz de radiación reflejado por el portador de registro, un anillo opaco arreglado en el camino óptico entre la fuente de radiación y el sistema de detección, y medios para posicionar el mejor foco del haz de radiación sustancialmente en la primera capa de información y el foco paraxial de dicho haz de radiación sustancialmente en la segunda capa de información. En general, el anillo concéntrico con la arriba mencionada área central y anular y forma un área intermedia en entre el área central y el área anular exterior en una sección transversal del haz de radiación. El anillo puede ser arreglado en un área en forma de anillo separando el área anular y el área central del sistema de lentes. Cuando el sistema de lentes hace converger un haz de radiación a través de la primera capa transparente, los rayos en el área anular o en el área combinada del área anular y el área central del haz son corregidos en cuanto a la aberración esférica provocada por el paso de la primera capa transparente y forma el mejor foco. El medio para posicionar, tal como un sistema de servo foco, usa la información comprendida en los rayos en al menos el área anular para posicionar el mejor foco en la capa de información. Cuando el sistema de lentes hace converger un haz de radiación a través de la segunda capa transparente, los rayos en el área central del haz forma el foco paraxial. El medio para posicionar usa la información comprendida en los rayos en el área central para posicionar el foco paraxial en la capa de información. Los rayos en el área anular tienen una gran desviación angular a causa de la aberración esférica no compensada. Por lo tanto, después de la reflexión a partir del portador de registro estos rayos pueden ser hechos para no ser interceptados por el sistema de detección relativamente pequeña y no afectar las señales eléctricas formadas por el sistema de detección. Por lo tanto, los rayos en una región intermedia entre el área central y ei área anular tendrá una desviación relativamente pequeña y todavía ser incidente en el sistema de detección aunque estos rayos no tienen la corrección de aberración esférica apropiada para el segundo tipo de soporte de registro, por lo que se baja la calidad de la detección de señales formadas por el sistema de detección. Este problema es solucionado proveyendo el dispositivo de barrido de acuerdo con la invención con un anillo opaco en el camino óptico entre la fuente de radiación y el sistema de detección. La palabra Opaco" significa que la luz incidente en el anillo no sigue el camino que debe seguir en la ausencja del anillo, esto es, tal luz ya no cae en el sistema de detección. Cuando el anillo concuerda tanto con el haz de radiación adelantada y el haz reflejado, las señales eléctricas generadas por el sistema de detección es menos afectada por el msvimiento lateral del sistema de lentes objetivo. El anillo puede entonces integrarse en el sistema de lentes. Cuando el anillo se hace concordar con el haz reflejado solamente, el dispositivo de barrido tendrá una tolerancia mejorada en cuanto a la inclinación del soporte de registro. Es de remarcar que la solicitud de patente Europea No. 0,610,055, divulga un sistema de lentes combinados con un holograma o rejilla. Los lentes esta corregidos sobre toda su área por el paso de la radiación a través de una grosor de primera capa transparente hacia un primer foco. La parrilla refracta parte de la radiación en un área central del haz de radiación que penetra hacia un subhaz que, después de la refracción por los lentes, es corregida por ei pasaje a través de un segundo grosor de capa transparente hacia un segundo foco. El sistema de lentes y rejilla hacen converger el haz de radiación a un haz comprendiendo dos sub-haces teniendo diferentes vergencias. A partir de aquí, la combinación del sistema de lentes y la rejilla forman dos mejores focos. En contraste, el sistema de lentes de acuerdo con la invención hace converger el haz de radiaciones en un haz que tiene una sola vergencia y forma un mejor foco único. Cuando el sistema de lentes de acuerdo con la invención, es de un tipo solo refractivo, un tipo solo reflectivo o un tipo solo reflectivo-refractivo, también pasa sustancialmente toda la energía de la radiación incidental al primer foco, y no manda parte de la energía a un subhaz formando el segundo foco. La frase "substancialmente toda la energía del haz de radiación" significa que solamente pérdidas normales debidas a reflexiones en la transición de un medio a otro, debido a la absorción en el medio y debido a las partes opacas de los lentes no son tomadas en cuenta. De acuerdo con el segundo aspecto de la invención, un método para barrer un primer tipo de portador de registro teniendo una primera capa de información y una primera capa transparente e un primer grosor, y un segundo tipo de portador de registro teniendo una segunda capa de información y una segunda capa transparente de un segundo grosor diferente del primer grosor, comprendiendo el paso de hacer converger un haz de radiación por medio de un sistema de lentes a través de una primera capa transparente a un mejor foco sustancialmente en la primera capa de información cuando se barre un portador de registro del primer tipo, el paso de hacer converger el haz de radiación por medio del sistema de lentes a través de una segunda capa transparente a un foco paraxial sustancialmente en la segunda capa de información cuando se barre un soporte de registro del segundo tipo, el paso de hacer converger la radiación reflejada por el portador de registro a un sistema de detección, y el paso de prevenir parte del haz reflejado incluyendo en el sistema de detección un anillo opaco colocado en el camino óptico entre la fuente de radiación y el sistema de detección.

La invención será ahora descrita en gran detalle por vía de ejemplo con referencia a los dibujos que se acompañan en los cuales: La figura 1 A muestra un dispositivo de barrido de acuerdo con la invención, barriendo un soporte de registro del primer tipo; La figura 1 B muestra un soporte de registro del segundo tipo; La figura 2 muestra una sección transversal de un lente objetivo provisto con un anillo opaco; La figura 3 muestra la intensidad de radiación e lo largo del eje óptico, cuando se esta barriendo un soporte de registro del segundo tipo; La figura 4 muestra una vista frontal de los lentes objetivos de la figura 2; y La figura 5 muestra un sistema de detección del dispositivo de barrido.

La figura 1A muestra un dispositivo para barrido de un soporte de registro óptico 1 . El soporte de registro óptico comprende una capa transparente 2, en un lado de la cual una capa de información 3 esta comprendida. El lado de la capa de información que ve hacia el otro lado de la capa transparente está protegida de la influencia ambiental por una capa protectora 4. La capa transparente e actúa como un sustrato para el soporte de registro proveyendo soporte mecánico para la capa de información. Alternativamente, la capa transparente puede tener la única función de proteger la capa de información, mientras el soporte mecánico esta provisto por una capa en el otro lado de la capa de información, por ejemplo por la capa de protección 4 o por una capa transparente y una capa de información adicionales a la capa de información 3. La información puede estar almacenada en el soporte de registro en la forma de marcas detectables ópticamente arregladas en sectores espirales o concéntricos, paralelos, en al capa de información 3, no indicado en la figura. Las marcas pueden ser en cualquier forma leíble ópticamente, esto es, en la forma de concavidades, áreas con un coeficiente de reflexión o un dirección de magnetización diferente de sus vecinos, o una combinación de estas formas. El dispositivo de barrido comprende una fuente de radiación 5, por ejemplo un láser semiconductor, emitiendo un haz de radiación divergente 6. Un haz separado 12, por ejemplo una placa semitransparente, refleja la radiación hacia el sistema de lentes. El sistema de lentes comprende un lente colimador 7* y un lente objetivo 7. El lente colimador T forma un haz colimado, que es incidente en un lente objetivo de foco único 7. El lente colimador y el lente objetivo puede ser combinado en un lente objetivo único. El sistema de lentes 7', 7, teniendo un eje óptico 8, transforma el haz de radiación 6 a un haz convergente 9, teniendo una vergencia única, la cual forma un foco 10 en la capa de información 3. Aunque el lente objetivo esta indicado en la figura como un elemento de lente único, puede también comprender un holograma operando en transmisión o reflexión, o un rejilla para acoplar la radiación fuera de un portador de guía de onda del haz de radiación. La radiación del haz convergente 9 reflejado por la capa de información 3 y formando un haz reflejado 1 1 , regresa en el camino óptico del haz convergente delantero 9. El sistema de lentes 7, 7' hace converger el haz reflejado 1 1 a un haz reflejado convergente 13 y el haz separado 12 separa los haces reflejados y delanteros trasmitiendo al menos parte del haz reflejado 13 hacia el sistema de detección 14. El sistema de detección captura la radiación y la convierte en una o más señales eléctricas. Una de estas señales es una señal de información 15, el valor del cual representa la información leída en la capa de información 3. Otra señal es una señal de error de foco 16, el valor del cual representa la diferencia axial en altura entre el foco 10 y la capa de información 3. La señal de error de foco es usada como un entrada para un servocontrolador de foco 17, el cual controla la posición axial del lente objetivo 7, esto por medio de controlar la posición axial del foco 10 tal que el coincida sustancialmente con el plano de la capa de información 3. La parte de la detección del sistema, incluye uno o más elementos de detección sensibles a la radiación y un circuito electrónico que procesa la señal de salida de los elementos de detección, usados para generar el error de foco que es llamado sistema de detección del error de foco. El sistema servo foco para posicionar el sistema de lentes comprende el sistema de detección de error de foco, el servocontrolador de foco y un actuador para mover el sistema de lentes. La figura 2 muestra una sección transversal de una modalidad 18 de los lentes objetivos 7. Los lentes objetivos tienen un apertura numérica de 0.6. Los lentes pueden ser biesféricos y hechos de un material plástico puro por moldeo por inyección. El material de los lentes es Polimetil-metacrilato (PMMA) teniendo un índice refractivo de 1.4885 al diseño de longitud de onda de 650 nm. Los datos de los lentes son: distancia focal 3.30 mm grosor en el eje óptico 2.95 mm diámetro óptico 3.96 mm distancia de trabajo libre 1.5 mm. Los lentes tienen dos superficies 19 y 20, el primero del lado de la fuente de radiación, la segunda del lado del portador de registro 1. La forma de la superficie 19 esta dada por la polinomial n=5 n=1 donde las constantes tienen los valores: a2 = 0.25317630, a4 = 0.00671352, a6 = 0.00045753, a8 = -0.00010526 y aio = 0.00000860. La forma de la superficie 20 sobre el ancho del haz de radiación esta dado por la ecuación (1 ) en la cual las constantes tienen los valores: a2 = -0.10009614, a4 = 0.02163729, a6 = -0.00205921 , a8 = 0.00205921 y a?o = -0.00023477.

El sistema de lentes 7, 7' han sido diseñados para formar un foco óptimo en la capa de información 3, esto es, un foco con una relación Strehl próxima a 1 . Por esta razón, el sistema de lentes ha sido corregido sobre toda su sección transversal, esto es, en su área central y anular, en cuanto a la aberración esférica incurrida por el haz convergente 9 cuando pasa la capa transparente 2 del portador de registro 1. El frente de onda del haz convergente cerca del área focal 10 es sustancialmente esférica. La figura 1 B muestra un portador de registro 21 de otro tipo teniendo una capa de información 23 y una capa transparente 22 de un grosor diferente del grosor de la capa transparente 2. Cuando el mismo dispositivo es usado para barrer este portador de registro, el sistema de lentes 7, 7' no serán corregidos apropiadamente para la capa transparente 22. El servocontrolador de foco 17 ajustará la posición de los lentes objetivos 7 de tal manera que la media de desviación del frente de onda del haz cerca de la capa de información 23 a partir de una forma esférica tiene un valor mínimo sobre la sección transversal del haz. La aberración esférica remanente en la posición de la capa de información resulta en un frente de onda fuertemente ondulado sobre la apertura completa, lo cual causa que el área focal este fuertemente aberrada. Tal área focal es menos adecuada para barrer el portador de registro 21 .

Sin embargo, la capa de información 23 puede ser barrida apropiadamente por medio del haz convergente 9 cuando la capa de información esta arreglada axialmente no en la posición del mejor foco sino cerca de la posición del foco paraxial. En un rango pequeño alrededor de la posición del foco paraxial el frente de onda del haz convergente aberrado es sustancialmente esférico en un área central de la apertura. El área focal comprende una región central, pequeña de alta intensidad resultando a partir de los rayos en el área central de la apertura, y una región grande de baja intensidad rodeando la región pequeña y resultando a partir de los rayos fuera del área central. La calidad de la región central del área focal es entonces suficiente para barrer propiamente la capa de información 23, mientras la región exterior puede ser hecha para no afectar el barrido.

La figura 3 muestra la intensidad de radiación a lo largo del eje óptico del lente objetivo 7 cuando barre un soporte de registro de un segundo tipo para el caso en que el portador de registro del segundo tipo tiene un sustrato que es 0.6 mm más grueso que el sustrato del portador de registro del primer tipo. El eje vertical muestra la intensidad I de la radiación normalizada del haz convergente 9 y el eje horizontal muestra la distancia z a partir del foco paraxial aparte del sistema de lentes, medidos en micrómetros. El mejor foco, el cual indica a lo largo del eje óptico de un dispositivo de barrido, que normalmente está posiciopado en la capa de información 23, es localizado 24 µm lejos del foco paraxial, como se indica en la figura, por una línea vertical interrumpida. Cada máximo local de la curva en la figura corresponde a un lugar donde la radiación del haz convergente esta concentrado en una región pequeña cerca del eje óptico. En la mayoría de los lugares a lo largo del eje horizontal la distribución de intensidades del área focal en un plano perpendicular al eje óptico muestra anillos teniendo una relativamente fuerte intensidad alrededor del eje óptico o un alto y relativamente plana intensidad de fondo, ambos distorsionan el barrido de la capa de información. En una pequeña región alrededor de z igual a 6 µm el anillo esta virtualmente ausente y el nivel de fondo es fuertemente reducido. Cuando la capa de información esta dispuesto en su posición a lo largo del eje óptico, la capa puede ser barrida apropiadamente.

Es de hacer notar que esta posición preferida no necesariamente corresponde a un máximo en intensidad a lo largo del eje óptico. Si el sustrato del segundo tipo de portador de registro es más delgado que el sustrato del portador de registro del primer tipo, la intensidad a lo largo del eje óptico sigue una curva similar a la curva mostrada en la figura 3, pero con la posición del mejor foco más cercano al sistema de lentes que la posición del foco paraxial.

La posición preferida de la capa de información 23 depende de la diferencia de grosor entre las dos capas transparentes 2 y 22 y de la apertura numérica del haz 9 en la manera mostrada abajo. Cuando la capa de información 23 esta posicionada en una localización axial alejada de dicha posición preferida, la calidad del área focal se reduce rápidamente, conduciendo a una reducida calidad de las señales generadas en el sistema de detección 14. Cualquier referencia a la posición del foco paraxial aquí adelante es supuesta ser una referencia a la posición preferida.

El aplanamiento del área central del frente de onda cuando se esta barriendo la capa de información 23 del portador de registro 21 es acompañada por un incremento en la desviación de la parte externa del frente de onda. Por lo tanto, los rayos marginales en la parte externa de la abertura llega al llamado foco marginal que es relativamente alejado del foco paraxial. El mejor foco del haz aberrado esta entre los focos marginal y paraxial. La relativamente gran distancia entre el foco paraxial y el marginahace posible interceptar los rayos marginales antes de la detección, por medio de la remoción de una mayor parte de la influencia distorcionadora de la aberración esférica no compensada a partir de las señales generadas por el sistema de detección. Es de hacer notar que el foco paraxial marginal y mejor coinciden cuando se barre el soporte de registro 1 .

En el dispositivo con las características del presente invento se toman medidas para asegurar que el mejor foco esta posicionado en la capa de información 3 del portador de registro 1 y el foco paraxial esta posicionado en la capa de información 23 del portador de registro 21. En este extremo, la sección transversal del haz reflejado 13 esta dividido en dos áreas, es decir, una área central y un área anular rodeando el área central. Cuando se barre un portador de registro del primer tipo, todos los rayos del haz en el área central y anular están llegando del mejor foco. Cuando se barre un portador de registro del segundo tipo, los rayos en el área central están principalmente llegando del foco paraxial y los rayos en el área anular son rayos marginales que no llegan del foco paraxial. Las mismas áreas central y anular pueden estar indicadas en el haz frontal 6 y 9. Las medidas vinculan el hecho de que el sistema servo foco use información comprendida en los rayos en al menos el área anular del haz reflejado 13 para posicionar el mejor foco en la capa de información de un portador de registro del primer tipo, y use la información comprendida en los rayos en el área central para posicionar el foco paraxial en la capa de información de un portador de registro del segundo tipo.

El tamaño del área central deberá ser escogida de tal manera que la capa de información de un portador de registro del segundo tipo sea barrido apropiadamente. Cuando el tamaño es hecho muy grande, la aberración esférica afectará la calidad del foco paraxial demasiado. Cuando el tamaño es hecho muy pequeño, la pequeña apertura numérica del haz en el área central resultará en un área focal paraxial aparentemente grande, haciendo la lectura de detalles pequeños difícil. Un equilibrio puede se encontrado usando la siguiente fórmula aproximada para la modulación de la función de transferencia (MTF) en la capa de información para el foco paraxial: (2) con v = 1 /p, vc = 2NAc/?, e = 4f WÍ/180, y con v la frecuencia espacial, p el periodo de los mínimos detalles en la capa de información 23 que debe ser legible, vc el corte de frecuencia espacial, NAC la apertura numérica del haz de radiación incidente en el portador de registro y pasando a través del área central del haz y ? del frente de onda del haz de radiación. W4o es la aberración esférica en términos Sheidel en unidades de ? en la capa de información 23 y en el extremo de dicho haz de radiación, n es el índice de refracción de la capa transparente 22 y Ad el valor absoluto de la diferencia de grosor entre las capas transparentes 22 y 2. El término a la izquierda entre paréntesis cuadrados en la fórmula (2) es el MTF de un sistema imaginario ideal, el termino a la derecha en paréntesis cuadrados es un factor multiplicativo que toma en cuenta el efecto de la aberración esférica en el haz de radiación.

El valor óptimo de NAC para el barrido de un soporte de registro del segundo tipo puede ser derivado de la fórmula (2) insertando los valores ?, p, n, Ad y encontrando el valor de NAC que da el máximo valor de MTF(v), por ejemplo, tomando la derivada con respecto a NAC de la fórmula (2). El tamaño del área central es ahora igual al tamaño de la sección transversal entera del haz reflejado el valor de NAC veces, sobre la apertura numérica del haz reflejado completo. Como un ejemplo, un dispositivo de barrido óptico esta diseñado para barrer un portador de registro del primer tipo teniendo un grosor de capa transparente de 0.6 mm con un haz de radiación de longitud de onda ? = 635 nm y NA0 = 0.60, siendo NAo la apertura numérica del haz de radiación completo. El dispositivo será también capaz de barrer un portador de registro del segundo tipo teniendo un grosor de capa transparente de 1 .2 mm {Ad 0.6 mm), el índice refractivo de 1 .58 y los detalles más pequeños en la forma de un paso de pista teniendo p = 1 .6- µm. El valor óptimo de NAC es 0.33 y el diámetro del área central es igual al diámetro de la sección transversal del haz reflejado 0.55(= 0.33/0.60) veces. La tolerancia en el valor de NAC y el tamaño del área central es relativamente grande a causa del efecto contrario de la aberración esférica que incrementa el tamaño de la superficie focal con un incremento de la apertura y difracción que disminuye el tamaño de la superficie focal con un aumento de la apertura numérica. Para dispositivos de bajos rendimientos la tolerancia es ±25% y para dispositivos de altos rendimientos la tolerancia es preferiblemente igual a ±10%.

La calidad del área focal de barrido en la capa de información 23 es suficiente para valores de W40 en el área central arriba de una longitud de onda. A partir de la expresión W40 en la ecuación (2), uno puede derivar que la apertura numérica NAc del haz convergente 9 pasando a través del área central es preferiblemente mas pequeño o igual a El diámetro del área central en una sección transversal del haz reflejado 1 1 o 13 es preferiblemente mas pequeño que o igual a NAC (max)/NA0 veces el diámetro del haz reflejado completo en el plano de la sección transversal. NAo es la apertura numérica del haz convergente completo 9. Usando los valores de los parámetros del ejemplo en el párrafo previo, estas cantidades a un máximo valor de NAC igual a 0.39. La dimensión tangencial mas pequeña de bits db correspondiente en la capa de información que puede todavía ser leída apropiadamente es igual a alrededor de ?/(4NAc), esto es, 0.42 µm de longitud de bit por 650 nm de longitud de onda y NAC igual a 0.39. El valor preferido de NAC, es decir, el NAc(opt), es obtenido cuando W40 es más o menos igual a ?/2, o 4 4 ? n* (4) NAc(opt) = «U ? - ? Cuando n es igual a 1 .58 y ?cf a 0.6 mm y ? a 650 nm, la apertura numérica óptima del área central es 0.33. El valor NAc es preferiblemente más grande que ?/(4db) para ser capaz de leer los detalles en la capa de información teniendo una dimensión de db o mayor. Cuando la dimensión de bit tangencial mas pequeño es 0.6 µm y ? es igual a 650 nm, entonces NAc es preferiblemente mas grande que 0.27.

La posición preferida de la capa de información a lo largo del eje óptico en la figura 3 puede también ser expresado en términos de los parámetros de la ecuación (2). La posición óptima puede ser encontrada estableciendo la aberración de desenfocado W20 igual a -W40. El desenfocado resultante z lejos del foco paraxial es entonces (5) z = _ n. a - l -NAc?cr 4 n3 Cuando NAc es igual a 0.33, n es 1.58 y ?d es igual a 0.6 mm, el desenfoque, es decir, la posición preferida esta 6 µm lejos del foco paraxial. Esto corresponde a un desenfoque de alrededor de 2 profundidades focales del área central del haz convergente 9. Una razonable calidad de barrido puede todavía ser obtenida cuando la posición es escogida en un rango entre la posición preferida menos la mitad de una profundidad focal de haz de radiación que pasa a través del área central, y la posición preferida mas la mitad de la profundidad focal. La profundidad focal es igual a ?/(2NAc). que es igual a 3 µm para el valor dado de los parámetros, resultando en un rango de entre 4.5 y 7.5 µm lejos del foco paraxial.

La calidad del foco paraxial puede ser además mejorado dando el área anular una corrección a la aberración esférica apropiada para la primer capa transparente y el área central una corrección apropiada de la aberración esférica para la segunda capa transparente. Cuando el lente objetivo hace converger un haz de radiación a través de la segunda capa transparente, los rayos del haz pasando a través del área central forman el foco paraxial, estando los rayos corregidos en cuanto a la aberración esférica incurridas al pasar la segunda capa transparente. Cuando los lentes objetivos hacen converger un haz de radiación a través de la primer capa transparente, el haz que pasa a través del área combinada del área anular y el área central forma el mejor foco. En este caso, solamente los rayos que pasan a través del área anular son corregidos en la aberración esférica incurrida al pasar la primera capa transparente, considerando que los rayos que pasan a través del área central son corregidos en la aberración esférica ocasionada por el paso de la segunda capa transparente. Resulta ser que la corrección del área central de los lentes objetivos para un grosor de la capa transparente diferente del grosor de la capa transparente para la cual el área anular es corregida tiene solamente una relativamente pequeña influencia en la calidad del mejor foco.

En genera, un foco esta correctamente posicionado en un plano de información si la señal de error de foco 16 tiene un valor cero. Cuando en un dispositivo de barrido un lente objetivo de acuerdo con la primera modalidad el sistema servo foco ha sido ajustado de tal manera que el primer foco localizado en la primera capa de información 3 es en un cruce cero de la señal de error de foco, el segundo foco es en general no cuidadosamente localizado en la capa de información 23 en el cruce cero de la señal de error de foco. Esto puede ser remediado adicionando un voltaje nivelador constante de foco a la señal de error de foco 16 cuando se barre un portador de registro del segundo tipo. La desventaja de un voltaje nivelador dependiente del tipo de portador de registro que está siendo barrido es solucionado modificando los lentes objetivo. Por lo anterior una corrección del foco es preferible adicionarla al área central de los lentes objetivos dando al área central una corrección diferente de la corrección apropiada para la relación esférica introducida en el haz la corrección extra foco presta atención de que el segundo foco esté localizada en la segunda capa de información en un cruce cero de la señal de error de foco, la magnitud de la corrección extra foco es del orden de una profundidad de los lentes objetivo, esto es, del orden de un micrómetro, y puede depender de la geometría del sistema de detección de error de foco. El voltaje nivelador de foco adicional dependiente del portador de registro es entonces ya no necesario.

Como se establece arriba, los rayos marginales del haz de radiación 13 puede ser int rceptado antes de su detección cuando se esté barriendo un portador de registro del segundo tipo. Los rayos en ei área central del haz de radiación 13 se hará converger apropiadamente hacia el sistema de detección 14 mientras los rayos marginales del haz de radiación 13 en el área anular tiene tan gran desviación angular debido a la aberración esférica, que no son interceptados por el sistema de detección 14. Sin embargo los rayos e una región intermedia entre la región central del haz y los rayos marginales serán todavía incidentes en el sistema de detección aunque estos rayos no tienen la corrección de aberración esférica apropiada para el primer tipo de portador de registro, bajando así la calidad de la señal de detección formada por el sistema de detección.

Esté problema es solucionado proveyendo el dispositivo de barrido con un anillo opaco que puede ser fijado en el sistema de lentes. El ancho y posición del anillo deberá ser tal que intercepte los rayos mencionados arriba en la región intermedia. La palabra "opaco" significa que la luz incidente en el anillo no sigue el camino que debería seguir en la ausencia de este anillo, esto es tal luz no cae en el sistema de detección nunca más.

La figura 2 muestra una sección transversal del lente objetivo 18 teniendo un anillo opaco de este tipo. Un área anular 25 y un área central 26 está separada por un anillo circular intermedio 27. La figura 4 muestra una vista frontal del lente objetivo 18 y el anillo 27. La flecha r0 indica ei radio del haz de radiación completa 1 1 en la localización del anillo, correspondiente a la apertura numérica NAo. Las flechas r1 y r2 indican el radio del circulo interno y externo del anillo 27. La magnitud de r1 es preferiblemente tal que ei círculo interno esté localizado en la posición del círculo unido exterior del área central, correspondiente a la apertura numérica NAC con una tolerancia ±10% del valor de r0. el ancho del anillo depende entre otros de la geometría del sistema de detección 14. Un anillo ancho remueve efectivamente rayos indeseados del sistema de detección, mientras que un anillo pequeño tiene un tratamiento de radiación alto. Como un equilibrio, un anillo colocado en el haz de radiación frontal y reflejada tiene preferentemente un ancho r2-r1 entre 5% y 25% del valor de rO y tiene un ancho óptimo de 10%.

El valor preferido del radio r1 del anillo puede ser derivado de la ecuación (4) tomando r1/r0 = NAc/NAO: 4\n' (6) n = ro HAr ?d (n1 - !) El anillo puede ser uno de varias modalidades. Este puede comprender uno o más ranuras "V" profundas o crestas paralelas a o perpendiculares a el círculo interior dei anillo, el cual refracta la luz incidental en el anillo en direcciones donde difícilmente o nunca, afectan las señales de detección. El anillo puede también comprender una serie de pequeños fosos someros o ranuras operando como una rejilla que refracta la luz incidental fuera del haz. Tal rejilla puede ser aplicada a lentes hechos de un cuerpo de cristal y una capa transparente cubriendo una o ambos lados del cuerpo y a un lente plástico. El anillo puede comprender un recubrimiento de película delgada reflectora para reflejar la luz incidental en el anillo. El anillo puede también comprender una capa de absorción de un material tal que una tinta para absorber la luz incidental. El anillo puede comprender 2(2n+1 ) secciones de igual longitud, donde n = 0, 1 , 2 , y secciones que sean alternativamente opacas y transparentes. Tales anillos, operando hacia adelante y hacia atrás, forma una obstrucción efectiva para la radiación incidente en el anillo, y al mismo tiempo tiene la ventaja de que el pasa más radiación refractada en ordenes altos por el portador de registro que un anillo uniformemente opaco.

Cada uno de estos anillos puede ser colocado tanto en los lados de los lentes objetivo, como en los lentes colimadores. Esto tiene la ventaja de que el anillo esta apropiadamente alineado con respecto al sistema de lentes. El anillo puede también ser colocado en el hendidor de haz 12 en la figura 1 A para no interactuar con el haz de radiación 6 del lasser 5 sino solamente con el haz de radiación reflejada 1 1 . Cuando se usa una placa semitransparente como hendidor de haz, como se muestra en la figura 1A, el anillo puede ser aplicado al lado de la placa dirigida hacia el sistema de detección 14. Cuando el anillo es colocado solo en el haz reflejado 1 1 , el anillo es preferiblemente más amplio que el anillo colocado en las lentes, y funciona preferiblemente de 55% a 75% del radio del haz reflejado en la localización del anillo con una tolerancia de ±5% del radio mencionado. Este arreglo tiene una ventaja adicional de rendir una más robusta lectura de información cuando un portador de registro del primer tipo es inclinado.

La figura 4 muestra una modalidad del sistema de detección 14. El sistema de detección comprende un cuadrante detector teniendo cuatro elementos de detección 28, 29, 30 y 31 , sensibles a la radiación. El haz de radiación 1 1 incidente en estos elementos han sido hechos astigmáticos, por ejemplo por el paso a través de la placa oblicua 12 mostrada en la figura 1A. Las cuatro señales eléctricas de salida de los elementos de detección pueden ser usadas para formar una señal de error de foco de acuerdo al llamado método astigmático, conocido a partir inter alias de la patente US 4 358 200. El tamaño del detector es usado tanto para discriminar entre radiación en el área central y anular del haz incidente como para posicionar el foco paraxial o foco mejor en la capa de información. Por un lado, el tamaño de los elementos debe ser suficientemente grande para capturar la mayor parte del haz de radiación cuando se barre un portador de registro del primer tipo. Por el otro lado, el tamaño deberá ser suficientemente pequeño para no interceptar los rayos marginales cuando se barra un portador de registro del segundo tipo. El equilibrio de tamaño de los elementos depende de la longitud de onda de la radiación, la apertura numérica NAo del sistema de lentes en el lado del sistema de detección y la cantidad de astigmatismo introducida en el haz de radiación 1 1 . La longitud k de un lado del cuadro del sistema de detección permanece preferiblemente en un rango de entre 0.6 veces kopt a 1.4 veces kopt donde el valor óptimo para k y kopt esta dado por (7) ? = _2 lwa?* ^ )x NI *, donde W22 es la deformación del frente de onda pico-valle astigmático expresado en unidades de la longitud de onda, introducida en el haz reflejado 1 1 y medido sobre la sección transversal completa del haz. La tolerancia en k implica que la forma del detector no esta limitada a un cuadrado sino que puede ser rectangular en el grado de tolerancia. Una cantidad común de astigmatismo introducido en el haz 1 1 es 5?.

Cuando NAo es igual a 0.1 y la longitud de onda igual a 650 nm, la longitud k permanece preferentemente entre 1 18 µm y 51 µm con un valor óptimo de 85 µm.

Cuando no se introduce astigmatismo en el haz de radiación 1 1 , el valor superior del rango preferido para el tamaño de k de la detección del sistema esta dado por (8) kmax = 16W40 NV Hk, N t donde W40 es la aberración esférica debido a un único paso a través de la diferencia de grosores en el diámetro mas largo del haz de radiación 1 1 , es decir, a la apertura numérica NAo, y NA, es la apertura numérica en el círculo interior del área anular del haz de radiación 9. El término W40 esta dado en la ecuación (2).

El valor más bajo del rango preferido para k es 0.6 veces km»?. En el lente objetivo 18 teniendo un anillo 27 extendiéndose entre 0.55 y 0.65 veces r0, es decir el diámetro del haz de radiación, el valor de NA1/NA0 es 0.65 y el máximo tamaño del sistema de detección está dado por kmax = 25?/NAD. Con los valores de ? y NAD este rinde r = 162 µm y un límite mas bajo de 97 µm. El tamaño mas grande permitido del sistema de detección cuando se usa un anillo opaco es debido a I a supresión por el anillo de los rayos en la transición entre el área central y el área anular.

La magnitud del astigmatismo W22 es preferiblemente tal que Una serie de experimentos han sido conducidos para mostrar la calidad de varias señales derivadas del sistema de detección cuando se usan diferentes sistema de lentes en un dispositivo de barrido óptico. El grosor de la primera capa transparente 2 del primer tipo de portador de registro fue 0.6 mm y la de la segunda capa transparente 22 del segundo tipo de portador de registro 1 .2 mm. La apertura numérica de los lentes fue 0.6. La señal de información derivada a partir de los cuatro señales de salida de los cuatro elementos de detección 28-31 cuando se barre un portador de registro del primer tipo, tiene mas o menos la misma calidad cuando se usa un sistema de lentes sin el anillo opaco y cuando se usa un sistema de lentes teniendo el anillo opaco. Esto muestra que la presencia de anillo no tiene una influencia notoria en la calidad de la señal de información cuando de leen portadores de registro del primer tipo.

Cuando se lee un portador de registro del segundo tipo usando el sistema de lentes sin el anillo de acuerdo con la presente invención, la imprecisión en la señal de información fue de alrededor del 8%. Cuando se usa un sistema de lentes teniendo un anillo de acuerdo con la invención, la imprecisión se reflujo a 6%.

La calidad de la señal de error de foco depende fuertemente de la calidad de las líneas focales astigmáticas formadas por el haz de radiación 1 1 cerca del sistema de detección. La primera modalidad del sistema de lentes cuando se barre un portador de registro del segundo tipo proporciona un mejoramiento sustancial de la calidad de las líneas focales comparadas con las líneas focales usando un sistema de lentes no corregidos. La mejora en las calidad incrementa el rango de captura del sistema servo foco y permite el uso de elementos de detección grandes, por medio de lo cual se mejora la detección cuando se leen portadores de registro del segundo tipo. Esto también incrementa la tolerancia positiva del sistema de detección 14. En un dispositivo de barrido específico usando un sistema de lentes conocido no corregido resulta un error de posición de 10 µm en un nivelador de foco de 2 µm. Cuando se usa un sistema de lentes corregidos en el mismo dispositivo que tiene 10 µm de error de posición, el nivelador de foco fue menor que 0.2 µm.

Aunque la invención ha sido descrita con referencia al dispositivo de barrido mostrado en la figura 1 A, será claro que el anillo opaco de acuerdo con la invención puede ser usado en cualquier dispositivo de barrido que use el foco mejor y el paraxial, en particular los dispositivos de las cuatro clases descritas en la solicitud de patente internacional IB96/00182 refiriéndose a sus figuras 1 A, 2A, 2B, 3, 4, 5, 6 y 7. Esta solicitud también provee un conteo comprensivo de los medios para posicionar los focos mejores y paraxiales.

Claims (5)

1. REIVINDICACIONES Dispositivo de barrido óptico para barrer un primer tipo de portador de registro teniendo una primera capa de información y una primera capa transparente de un primer grosor y para barrer un segundo tipo de portador de registro que tiene una segunda capa de información y una segunda transparente de un segundo grosor diferente del primer grosor, el dispositivo comprendiendo una fuente de radiación que genera un haz de radiación y un sistema de lentes diseñados para hacer converger el haz de radiación, a través de la primer capa transparente, en un foco en la primera capa de información, un sistema de detección colocado en un haz de radiación reflejada por el portador de registro, un anillo opaco colocado en el camino óptico entre la fuente de radiación y el sistema de detección, y medios para posicionar el mejor foco del haz de radiación sustancialmente en la segunda capa de información.
2. Dispositivo de barrido óptico de acuerdo con la reivindicación 1 , donde ei radio del circulo interior del anillo permanece en un rango de entre 0.75 r1 y 1 .25 r1 , donde r1 esta dado por r1 = , ?0 ?n N *0 ?d n - i donde ? es la longitud de onda, n es el índice de refracción de la segunda capa transparente, ?d la diferencia entre el primer grosor y el segundo grosor, ro el radio del haz de radiación en la localización del anillo y NAo la apertura numérica del haz de radiación hecho converger por el sistema de lentes.
3. 3. Dispositivo de barrido óptico de acuerdo con la reivindicación 2, donde el anillo esta ubicado en el haz de radiación de la fuente de radiación del portador de registro y en el haz de radiación del portador de registro, teniendo el anillo un ancho en el rango de 0.15 r0 a 0.25 ro
4. 4. Dispositivo de barrido óptico de acuerdo con la reivindicación 2, donde el anillo esta ubicado solamente en un haz de radiación del portador de registro, teniendo el anillo un ancho en el rango de entre 0.15 ro y 0.25 r0.
5. 5. Método para barrer un primer tipo de portador de registro teniendo una primera capa de información y un primera capa transparente de un primer grosor y un segundo tipo de portador de registro que tiene una segunda capa de información y una segunda transparente de un segundo grosor diferente del primer grosor, que comprende los pasos de hacer converger hacer converger un haz de radiación, por medio de un sistema de lentes, a través de la primer capa transparente, en el mejor foco sustancialmente en la primera capa de información cuando se barre un portador de registro del primer tipo, el paso de hacer converger el haz de radiación por medio del sistema de lentes a través de la segunda capa transparente a un foco paraxial sustancialmente en la segunda capa de información cuando se barre un portador de registro del segundo tipo, el paso de hacer converger la radiación reflejada del portador de registro a un sistema de detección, y el paso de evitar que parte del haz reflejado alcance el sistema de detección por medio de un anillo opaco colocado en el camino óptico entre la fuente de radiación y ei sistema de detección El método de acuerdo con la reivindicación 5, comprendiendo los pasos de formar una señal de error de mejor foco de la radiación en la menos un área externa anular de la sección transversal de un haz de radiación reflejado por el portador de registro cuando se barre un portador de registro del primer tipo, y el paso de formar un error de foco paraxial a partir de la radiación principalmente en un área central con el área exterior anular cuando se barre un segundo tipo de portador de registro, y el paso de controlar la posición del sistema de lentes en respuesta a la señal de error de mejor foco cuando se barre un portador de registro del primer tipo y en respuesta al error de foco paraxial cuando se barre un portador de registro del segundo tipo. Método de acuerdo con la reivindicación 5, comprendiendo el paso de generar una señal de información a partir de la radiación en sustancialmente la sección transversal de un haz de radiación reflejada del portador de registro cuando se barre un portador de registro del primer tipo, y el paso de generar una señal de información a partir de la radiación en un área central de dicha sección transversal cuando se barre un portador de registro del segundo tipo.