WO2000038183A2 - Optical scanning head for data storage disks - Google Patents

Optical scanning head for data storage disks Download PDF

Info

Publication number
WO2000038183A2
WO2000038183A2 PCT/DE1999/004117 DE9904117W WO0038183A2 WO 2000038183 A2 WO2000038183 A2 WO 2000038183A2 DE 9904117 W DE9904117 W DE 9904117W WO 0038183 A2 WO0038183 A2 WO 0038183A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
scanning head
optical
different
optical scanning
beam splitter
Prior art date
Application number
PCT/DE1999/004117
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2000038183A3 (en
Inventor
Edgar Pawlowski
Original Assignee
HEINRICH-HERTZ-INSTITUT FüR NACHRICHTENTECHNIK BERLIN GMBH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HEINRICH-HERTZ-INSTITUT FüR NACHRICHTENTECHNIK BERLIN GMBH filed Critical HEINRICH-HERTZ-INSTITUT FüR NACHRICHTENTECHNIK BERLIN GMBH
Publication of WO2000038183A2 publication Critical patent/WO2000038183A2/en
Publication of WO2000038183A3 publication Critical patent/WO2000038183A3/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1353Diffractive elements, e.g. holograms or gratings
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1359Single prisms
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1365Separate or integrated refractive elements, e.g. wave plates
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1372Lenses
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/14Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam specially adapted to record on, or to reproduce from, more than one track simultaneously
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B2007/0003Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier
    • G11B2007/0009Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier for carriers having data stored in three dimensions, e.g. volume storage
    • G11B2007/0013Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier for carriers having data stored in three dimensions, e.g. volume storage for carriers having multiple discrete layers
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector

Definitions

  • the invention relates to an optical scanning head for multi-layer data storage disks with a focus-adjustable optical beam path, in which at least one collimator, an objective lens, a beam splitter and a focusing arrangement are contained, with at least one laser diode at the beginning and a detector arrangement at the end of the beam path and with a grating structure integrated into the beam path for the diffractive generation of a number of focus points corresponding at least to the number of storage layers for simultaneous detection of different data storage locations.
  • the optical data storage disk is the storage medium of the future with the advantage of high performance at a relatively low cost.
  • the "Digital Versatile Disk” (DVD) has a much higher storage capacity. This is achieved on the one hand by a higher storage density and on the other hand by a lower storage layer thickness.
  • the substrate thickness is 1.2 mm, for DVDs only 0.6 mm.
  • Up to four storage layers can be present on a double-sided DVD (double layer, double-side), the maximum storage capacity (17 GB) can thus be 26 times the storage capacity of a conventional CD. This means, for example, that complete feature films can be saved in digital quality on a DVD.
  • the data is read in and read out via an optical pickup to generate a focal point at the data storage location.
  • the pickup In order to achieve user compatibility between CD and DVD with their different storage layer thicknesses, the pickup must have two different focus points at different depths, ie have two different focal lengths. Such "dual focus pickups” initially had two different objective lenses, which could be inserted alternately into the beam path of a single laser diode via a rotary actuator ("DVD / CD-compatible pickup heads with dual lens rotating actuator", Takahashi et al., Jpn.J .Appl.Phys.
  • HOE holographic optical elements
  • a hologram is a storage of the phase and amplitude information of two beams of coherent light, which are mutually correlated, in the form of a microscopic interference pattern.
  • the reconstruction of a hologram can be interpreted as an imaging process: a hologram transforms a wave field due to the diffraction in the hologram structure into another wave field. It therefore works like a complicated lens and can be referred to as a "phase imaging element".
  • the amplitude (light / dark) of the light is usually not taken into account here.
  • the basic advantages of HOEs are: optically ideal-looking element even with large apertures, low weight, Multifunctionality, complicated imaging geometries, application on curved surfaces. With “Computer-Generated Holograms" (CGH) complicated, computer-simulated and calculated interference patterns can be written directly into light-sensitive material with a laser scanner.
  • CGH Computer-simulated and calculated interference patterns can be written directly into light-sensitive material with a laser scanner.
  • the Fresnel zone plate can be referred to as a "hologram of a point". If it is a segmented zone plate, several focus points can be generated holographically. Segmented Fresnel zone plates with two or four focus points with the key functions of beam splitter and focusing element are described in the article "Segmented Fresnel zone lens elements with several primary foci ", PCM Galloway et al., Opt. Communications 131 (1996) pp.371-379. These are single lattice structures in the form of symmetrical circular segments that are distributed over the full circle of a Fresnel lens.
  • Such superimposed, computer-generated zone lenses of the Fresnel type for generating multiple focus points can also be used, for example, in optical pickup heads.
  • the aperture is limited and the superposition of the individual light beams is not very finely coherent, so that disruptive superlattice images arise.
  • Matsushita presented a compact focus sensor using an astigmatic Fresnel zone lens, integrated as a DOE structure on a beam splitter cube ("Reflection micro-Fresnel lenses and their use in an integrated focus sensor", Shiono et al., Appl Vol. 28 (1989), No.15, pp.3434-3442), which made it possible to shorten the overall length and save an optical adjustment step _
  • phase change process in which the molecular state by reading and reading the storage layer is changed using a much simpler pickup, great future prospects are currently forecast.
  • Vol.73 (1998) pp.2179-2183 is an optical scanning head with a dual-focus objective lens in the beam path, in the aspherical top of which a hologram is integrated.
  • a hologram With the refracted light of the first order, CDs can be read, with the unbroken light (zeroth order) DVDs. Scattered light is caused by refractions of higher ones This can be reduced by the hologram, which is designed as a special grating profile.
  • the spaces (pitches) in the hologram are determined with the aid of a computer.
  • a distance of 0.5 mm between the two focal points creates sufficiently large spots for quadrant detection Pitches are so narrow, however, that they can no longer be produced, complicated replacement structures for lattice profiles with diffractive and refract Iive proportions for creating a hybrid lens are therefore calculated.
  • these lattice structures only serve to avoid scattered focal points in one layer. This arrangement also aims to create exactly two focus points in two different layers. The consequence of this is that only storage disks with a limited storage capacity and with a limited reading speed can be scanned.
  • a pickup is described in the publication "Digital Video Disc / Compact Disc Compatible Pick-up With Liquid Crystal Shutter", Tsuchiya et al., Jpn.J.Appl.Phys. Vol.36 (1997) pp.481-485
  • the diameter of the laser beam can be changed by means of a liquid crystal diaphragm. This creates two different apertures on one objective lens and thus two focal points.
  • the transmittance can be changed locally by changing the applied voltage.
  • German published patent application DE 19636595 A1 describes a device for reading optical storage media in several tracks in different layers.
  • several laser diodes are used at the same time, the emitted radiation of which is passed through a refractive lens.
  • This shows a strongly wavelength-dependent behavior in its refractive effect.
  • the laser diodes must therefore have a very different emission behavior in terms of wavelength, which is relatively difficult to implement because the tuning range of a normal laser diode is relatively narrow.
  • a simultaneous read / write operation in different tracks and layers is not possible with the apparatus described, since the information is always acquired by an oscillation of the scanning beam between the individual tracks in a single layer.
  • the multifocal objective lens known from US 5838496 A is a biconvex converging lens which has a Fresnel zone lens integrated into its more curved surface.
  • the geometric design of the individual zones is chosen so that the color shifts of the diffracted light beam that normally occur when different diffraction orders are used are corrected.
  • the various diffraction orders are also used again in this lens - and the disadvantages that occur are at least partially attempted to be compensated for - but the disadvantages described in connection with US Pat. No. 5,526,336 A remain.
  • the problem with the invention is therefore to be seen in developing an optical scanning head of the known type for data storage disks in such a way that it enables a significantly increased storage capacity on the data storage disk to be scanned and a significant increase in the scanning speed.
  • the construction of such a pickup should continue to be very compact.
  • the aim should be that the measures for further training are simple and that the means are inexpensive.
  • the manufacture, handling and maintenance of the pickup according to the invention should be problem-free and largely free of errors.
  • the optical scanning head can be designed such that in order to generate a number of focus points that exceeds the minimum number, the objective lens integrates the integrated grating structure in the form of a complex superimposed grating structure from a number of different, curved individual grating structures that corresponds to the number of focus points to be generated individual segments, which are arranged in an irregular, statistically distributed manner in the overlay grid structure.
  • each individual element only as a fraction of the respective basic element occurring in accordance with the total number of individual elements is sufficient for the transmission of the incident light beam to achieve the same diffraction effect as the complete basic element.
  • the number of individual elements and thus the number of the focal points that can be generated are theoretically increased arbitrarily and only finds a limitation in the production of the overlay lattice structure.
  • the irregular statistical distribution of the individual segments can also minimize superlattice images.
  • the individual segments can have any geometric shapes. According to an advantageous embodiment of the optical scanning head according to the invention described first, however, it is particularly useful if the segments of the individual grating structures are geometrically, in particular square, delimited.
  • the arrangement of geometric segments, for example in a hexagonal shape, in a corresponding superposition structure is simple and versatile.
  • an arrangement of square segments in a "checkered" overlay structure is particularly easy to produce and is always easy to understand. Consideration of the arrangement of the segment shape, for example a circular segment shape with a centered arrangement in a circle, need not be taken into account in the case of square segments in addition, a preferred direction of light refraction avoided.
  • the multi-spot pickup according to the invention can be used for simultaneous scanning (reading and writing) of different data tracks and / or different data layers.
  • it is useful for simultaneous scanning of different data tracks if the focal lengths of the individual grating structures are all the same and their diffraction angles to the optical axis of the objective lens are different in order to generate a number of focus points on different tracks in a storage layer that exceeds the minimum number.
  • Conventional CDs with only one storage layer can thus be read out much higher speed can be scanned. With different diffraction angles in one plane one speaks of an "off-axis beam path".
  • the focal lengths of the individual grating structures and their diffraction angles to the optical axis of the objective lens are different in order to generate a number of focus points on different tracks in different storage layers which exceeds the minimum number.
  • a different focus point can be generated from a corresponding number of segments at a different depth (layer) and at a different diffraction angle (track).
  • a modern storage disk (DVD) can be optimally used in its maximum storage capacity and the readout speed can be maximized. All beams can be imaged on different photodetectors.
  • the regulation of the individual focus points can be done simultaneously via a main actuator.
  • the fine tuning of the relative distances between the focus points can be done relatively easily by varying the central light wavelength (tunable laser diode).
  • the change in wavelength can be generated, for example, by varying the operating temperature or by rotating a grating when using an external resonator.
  • the objective lens is designed as a multiplex objective with a multiplex grating applied to a converging lens as a superimposed grating structure.
  • a grating which can be produced by etching, which is applied to a flat surface of a converging lens, for example by gluing has the advantage that the transmittance is particularly high since higher order diffraction orders can be reduced.
  • the objective lens can, however, also be designed as a multiplex objective with a computer-generated hologram designed as a segmented Fresnel zone lens as a superimposed grating structure.
  • the computer-generated hologram has several advantages over the grating-lens combination described above. In this way, the CGH can be made more compact, lighter and even cheaper. Furthermore, the imaging properties are of higher quality since no optical aberrations occur. With the CGH, the focal length is inversely proportional to the wavelength of the incident light, so the focus point can be adjusted by varying the light wavelength.
  • Fresnel zone lenses are the simplest holographic imaging elements. They can be used, for example, to transform a plane wave into a converging and a diverging wave. The hologram thus behaves like a converging lens and a diverging lens at the same time.
  • the grating elements described can be produced using the modern microstructuring techniques of VLSI technology and have proven their strength in various optical applications in recent years. Decisive and of great advantage for binary optics are the aspects that the lattice structures can be calculated with the aid of a computer, the mask production with a high-precision electron beam Writer can be done and further structuring is possible with the proven manufacturing techniques of microelectronics. Such surface relief structures are particularly suitable for later mass production of inexpensive and high-precision optical components using replication technology.
  • an optical scanning head of the type mentioned at the outset can also be characterized according to the invention in that an additional beam splitter, the position of which is arranged in front of or behind the collimator in order to generate a number of focal points on different tracks that exceeds the minimum number is changeable in the direction of the beam path, the first beam splitter is designed as a polarization beam splitter with a downstream polarization plate, the objective lens as a diffractive optical element and the collimator with a grating structure.
  • the advantage of this alternative embodiment is a simplification of the pickup structure with a separation of the scanning function "reading / writing of several tracks in one layer".
  • Beam splitters are used for reading / writing different tracks in a layer. These can be positioned in front of or behind the collimator By changing the position of the beam splitter in the direction of the beam path, the relative focal distance of all partial beams generated on a DVD can be varied, so with such a pickup design, separate geometric regulation of the read / write function of the pickup in one layer is possible.
  • the collimator arranged in the beam path and the focusing arrangement are provided with grating structures which serve to forward the light beam which has now already been split at the beginning of the beam path into individual partial beams in order to generate a plurality of focal points ht from a grid and a cylindrical lens containing lens, also a version as Fresnel zone lens is possible.
  • the polarization beam splitter is a diffractive grating, the ⁇ / 4 plate is used for further beam polarization.
  • the objective lens is also designed as a diffractive optical element (DOE), for example in the form of a simple Fresnel lens. It is also possible to use a segmented Fresnel zone lens.
  • DOE diffractive optical element
  • the additional beam splitter can be designed as a simple transmission grating, as a diffractive and / or refractive deflection element or as an acousto-optical modulator.
  • the diffractive deflection elements (DAE) can be realized in the form of computer-generated holograms and the refractive deflection elements (RAE) in the form of prismatic plates.
  • the deflection element can be controllable in its optical effect by means of a liquid crystal cell. By combining a liquid crystal cell with DAEs, the partial beams can be changed so that only one beam is transmitted with high intensity. This then has enough power (approx.
  • DAE diffractive controllable deflection element
  • RAE refractive controllable deflection element
  • the inventive variant described above enables the read / write function to be separated from several tracks in one layer with separate geometric control. Simplification of the structure with separate geometrical control for separating the read / write function from one track in each case in several layers is also achieved if an alternative solution to the problem for an optical one is achieved Scanning head of the type described at the outset for generating a number of focus points in different storage layers which exceeds the minimum number, a number of different tunable laser diodes of closely adjacent wavelengths corresponding to the number of focus points, which can be operated simultaneously, and the first beam splitter as a polarization beam splitter with a downstream one Polarizing plate, the objective lens as a diffractive optical element and the collimator are formed with a lattice structure.
  • a diffractive optical element in the form of a Fresnel zone lens has the property that its focal length is inversely proportional to the wavelength.
  • FZL Fresnel zone lens
  • the individual spots can be readjusted by fine-tuning the wavelengths if the layers are not completely homogeneous.
  • the separation of the individual partial beams on the detectors is determined by the geometry of the laser and by the polarization beam splitter.
  • the pole beam splitter as a diffractive grating also acts as a function of frequency, so that all beams are mapped individually onto different photodetectors depending on the wavelength.
  • the regulation of the individual focus points can additionally be carried out simultaneously via a focusing actuator.
  • the two scanning heads described last have, as special advantages, a simplified structure and a separate geometric regulation of the focus point setting. This is achieved by separating the read-write functions in different tracks and in different layers.
  • an additional beam splitter is arranged behind each laser diode for the scanning head with a plurality of laser diodes to generate a number of focal points on each of a plurality of parallel tracks in different storage layers, the position of which in the direction of the Beam path is changeable. This combines the measures of the two alternative solutions and enables optimal use of the DVD with simultaneous and therefore very fast scanning of a large number of tracks in different storage layers. Nevertheless, the simplified structure is still preserved and the separate geometric control functions can be carried out.
  • the additional beam splitter is designed as a simple transmission grating, as a diffractive and / or refractive deflection element or as an acousto-optical modulator and the optical element of the deflection element can be controlled by means of a liquid crystal cell.
  • Figure 1 shows the beam path in a multi-spot according to the invention
  • FIG. 2 shows a multiplex objective as a grating-lens combination
  • FIG. 3 shows a multiplex objective as a CGH lens
  • FIG. 4 shows a multi-spot image of a multiplex objective in different tracks in one layer
  • FIG. 5 shows a multi-spot image of a multiplex objective in different tracks in different layers
  • Multi-spot DVD pickup with an additional beam splitter shows the beam path in another alternative multi-spot DVD pickup according to the invention with several laser diodes and additional beam splitters.
  • FIG. 1 shows a possible beam path of an optical scanning head 1 in a multi-spot design with a multiplex objective.
  • a laser diode 2 is arranged, which in the selected exemplary embodiment emits coherent light with a wavelength of 650 nm.
  • a downstream beam former 3 an initially diverging, oval light beam B is converted into a diverging, round light beam BD for intensity centering.
  • This diverging light beam BD then falls into a collimator 4, which transforms it into a linearly polarized, parallel light beam BP.
  • An objective lens 5 with an integrated grating structure 6, which is designed as a multiplex objective 7, is arranged as the next element in the beam path.
  • the multiplex lens 7 is the centerpiece of the scanning head 1 designed as a multi-spot DVD pickup and splits the incident light beam BP into a plurality of partial beams B 1 ( B 2 , B 3 Bj), all of which are separate
  • Lead focus point Pi P 2 , P 3 j.
  • B 3 , Bj depends on a grating structure 6 integrated in the multiplex objective 7. This is designed as a complex superposition grid structure 8, not shown here, which is developed by superposition from a number of individual grid structures corresponding to the number of split individual beams B ( B 2 , B 3 Bj). Further details are given in the explanations for FIGS. 2 and 3 refer to.
  • the split light beams Bi, B 2 , B 3 Bj still pass through a beam splitter 9, which acts as a semitransparent mirror, before they reach the surface of a data storage disc at the focal points P- ⁇ , P 2 , P 3 , P 10, for example a DVD.
  • data can then be read in and read out via the scanning head 1.
  • the focus points Pi, P 2 , P 3 , Pj lie both in different tracks Ti, T 2 , T 3 ⁇ Tj and in different layers L
  • the partial beams BRi, BR 2 , BR 3> BRj reflected by the data pixels are guided by the beam splitter 9 onto a mirror 11, which is used for beam deflection to save space and for focusing for detection with a detector arrangement 12.
  • the focus at the detection site can be readjusted with a downstream cylindrical lens 13. This also provides the controlled variable for a focusing actuator for the detection (not shown further here).
  • the detector arrangement 12 consists of individual detectors Di, D 2 , D 3 Dj, which are assigned to the individual tracks T- ⁇ , T 2 , T 3 ⁇ Tj and layers Li, L 2 , L 3 , .... Lj.
  • the individual detectors Di, D 2 , D 3 , Dj here consist of four quadrants with equal rights, which, by evaluating the respective signal levels (in the range of approx. 10 ⁇ W), precisely adjust the focus points P 1 ( P 2 , P 3 , Pj and thus allow a highly precise adjustment of the scanning head 1 to the DVD 10, which may have manufacturing tolerances in its tracks and layers.
  • the generation of a large number of different focal points Pi, P 2 , P 3 , Pj is made possible in the scanning head 1 by using the multiplex objective 7, the construction of which is shown in detail in FIGS. 2 and 3.
  • the multiplex objective 7 has a complex superimposed grating structure 20, which is composed of individual segments S n . This individual
  • Segments Si, S 2 , S 3 , S n come from different individual grating structures J- ⁇ , J 2 , J 3 , .... J,.
  • the multiplex objective 7 shown in FIG. 2 is designed as a converging lens 21 with an applied multiplex grating 22 as an overlay grating structure 20.
  • the Multiplex grid 22 is a composite grid of individual grids J- ⁇ , J 2 ,
  • the first parameter for these grids is the lattice constant Ki, K 2 ,
  • the second parameter k- ⁇ , k 2 , k 3 , .... kj is the position of the individual segments S ⁇ , S 2 , S 3 , S n in the individual grids Jj.
  • each individual grille Ji is included in the multiplex grating 22. If these are additionally randomly and randomly arranged in the superimposed grid structure 20 via a random generator R, optimal maintenance of the parallel grid functions with maximum suppression of superlattice structures is ensured. Increasing the number of segments S n further improves these properties.
  • this is a segmented Fresnel zone lens 23, the superimposed grating structure 20 of which is designed as a computer-generated hologram CGH.
  • the first parameter of the individual Fresnel zone lenses FZL-i, FZL 2 , FZL 3 FZLj forming the CGH lens 23 is the focal length f
  • the second parameter F 1 ( F 2 , F 3 ,... Fj is again the position of the individual segments S, S 2 , S 3 ,... S n .
  • Their random distribution in the superimposed grid structure 20 is also determined via a random generator R.
  • Such a CGH lens 23 has particularly favorable focusing properties with the same aperture of the individual Fresnel zone lenses FZLi,
  • , f 2 , f 3 , ... fj of the single grating structures J 1f J 2 , J 3 Jj or FZLi, FZL 2 , FZL 3 , FZLj and their diffraction angle to the optical axis of the objective lens 7 are different ( off-axis).
  • the tracks Ti, T 2 , T 3 Tj all lie in different layers L- ⁇ , L 2 , L 3 , ... Lj directly above one another.
  • a scanning head 30 for separate scanning of a single layer Lj of a DVD 31 is shown in FIG.
  • the essential difference from the previously described scanning head lies in the arrangement of an additional beam splitter 32 in a position I in front of a collimator 33 or in a position II behind the collimator 33.
  • the additional beam splitter 32 causes the wavelength of a laser diode 34 to be divided ⁇ j emerging light beam B into a number of partial beams Bi, B 2 , B 3 , ... Bj corresponding to the selected grating structure.
  • the focal points Pi, P 2 , P 3 , -Pi then lie in the layer Lj of the DVD 31.
  • a polarization beam splitter 35 with a downstream ⁇ / 4 plate 36 and a simple objective lens 37 as a diffractive optical element (DOE, for example Fresnel lens).
  • DOE diffractive optical element
  • the focus points Pj can be precisely adjusted.
  • Both the collimator 33 and a focusing device 38 for a detector device 39 for the wavelength ⁇ j are designed with additional grating structures Jj.
  • the additional beam splitter 32 is designed as a simple transmission grating.
  • this can also be a refractive or diffractive deflection element (RAE, DAE) or an acousto-optical modulator (AOM).
  • RAE refractive or diffractive deflection element
  • AOM acousto-optical modulator
  • Deflection elements can also be designed to be controllable in their optical effect via a liquid crystal cell (RSAE, DSAE).
  • a scanning head Analogous to the scanning head 30 with a scanning option in one layer, a scanning head can be seen which can scan in different layers in one track each. As a further development of this, a scanning head 40 is shown in FIG. 7, which allows the possibility of synchronously scanning several parallel tracks Tj in several layers Lj. For the function of layer scanning, as a significant difference to the two preceding scanning heads 20 and 30, this has a large number of laser diodes LDi, LD 2 , LD 3 , .... LDj, whose wavelengths ⁇ -i, ⁇ 2 , ⁇ 3 , .... ⁇ j are closely adjacent. Each light beam B n is split into partial beams B n ⁇ , B n2 , B n3 ,...
  • an objective lens 41 designed as a DOE lens, for example in the form of a simple (or segmented) Fresnel lens.
  • This has the property that its focal length is inversely proportional to the wavelength of the incident light.
  • Beam B n ⁇ , B n2 , B n3 , ... B n j on the respective layer Lj can be readjusted if necessary.
  • an additional beam splitter BS- ⁇ , BS 2 , BS 3 , ... BSj is arranged behind each laser diode LDj, which each beam B n in partial beams B n ⁇ , B n 2, B n3 , ... B ni the same Wavelength ⁇ j splits, which are then diffracted in groups by the objective lens 41 depending on their wavelengths ⁇ j.
  • the further measures required in connection with the additional beam splitters BS-i, BS 2 , BS 3 ,... BSj correspond to those in FIG. 6.
  • a detector arrangement 42 in this scanning head 40 consists of one row of detectors per wavelength ⁇ j. The number of individual detectors Di, D 2 , D 3 , Dj per row corresponds to that of the additional ones
  • Beam splitter number of partial beams of the same wavelength ⁇ j Beam splitter number of partial beams of the same wavelength ⁇ j.

Abstract

The storage capacity of a DVD is already higher than that of a conventional CD by a factor of 20. The invention provides three alternatives for further increasing storage capacity and increasing the reading out speed. All of the inventive solutions are based on the main idea of developing the known optical scanning head into a 'multi-spot DVD pick-up' with which it is possible to produce a number of focusing points exceeding the minimum number, for synchronously scanning a large number of tracks and layers. To this end, the optical scanning head (1) may have a multiplex objective (7) with a superimposed grating structure (8) made up of a number of individual grating structures (J1, J2, J3,...Ji). The optical scanning head may also have additional beam splitters in front of or behind the collimator or a number of simultaneously operated laser diodes of adjacent wavelengths. Combinations are also possible. With the inventive scanning heads, DVDs can be used wherever large quantities of data have to be scanned quickly.

Description

Optischer Abtastkopf für DatenspeicherplattenOptical scanning head for data storage disks
Beschreibungdescription
Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Abtastkopf für mehrschichtige Datenspeicherplatten mit einem Fokus-justierbaren optischen Strahlengang, in dem zumindest ein Kollimator, eine Objektivlinse, ein Strahlteiler und eine Fokussierungsanordnung enthalten sind, mit mindestens einer Laserdiode am Anfang sowie einer Detektoranordnung am Ende des Strahlengangs und mit einer in den Strahlengang integrierten Gitterstruktur zur diffraktiven Erzeugung einer zumindest der Speicherschichtanzahl entsprechenden Anzahl von Fokuspunkten zur gleichzeitigen Erfassung unterschiedlicher Datenspeicherorte.The invention relates to an optical scanning head for multi-layer data storage disks with a focus-adjustable optical beam path, in which at least one collimator, an objective lens, a beam splitter and a focusing arrangement are contained, with at least one laser diode at the beginning and a detector arrangement at the end of the beam path and with a grating structure integrated into the beam path for the diffractive generation of a number of focus points corresponding at least to the number of storage layers for simultaneous detection of different data storage locations.
Die optische Datenspeicherplatte ist das Speichermedium der Zukunft mit dem Vorteil einer hohen Leistungsfähigkeit bei einem relativ geringen Kostenaufwand. Gegenüber der herkömmlichen „Compact Disk" (CD) weist die „Digital Versatile Disk" (DVD) eine sehr viel höhere Speicherkapazität auf. Diese wird zum einen durch eine höhere Speicherdichte und zum anderen durch eine geringere Speicherschichtdicke erreicht. Bei CDs beträgt die Substratdicke 1 ,2 mm, bei DVDs nur 0,6 mm. Auf einer beidseitigen DVD (Double Layer, Double-side) können bis zu vier Speicherschichten vorhanden sein, die maximale Speicherkapazität (17 GB) kann damit das 26fache der Speicherkapazität einer herkömmlichen CD betragen. Dadurch lassen sich beispielsweise komplette Spielfilme in Digitalqualität auf einer DVD abspeichern.The optical data storage disk is the storage medium of the future with the advantage of high performance at a relatively low cost. Compared to the conventional "Compact Disk" (CD), the "Digital Versatile Disk" (DVD) has a much higher storage capacity. This is achieved on the one hand by a higher storage density and on the other hand by a lower storage layer thickness. For CDs, the substrate thickness is 1.2 mm, for DVDs only 0.6 mm. Up to four storage layers can be present on a double-sided DVD (double layer, double-side), the maximum storage capacity (17 GB) can thus be 26 times the storage capacity of a conventional CD. This means, for example, that complete feature films can be saved in digital quality on a DVD.
Das Ein- und Auslesen der Daten erfolgt über einen optischen Abtastkopf („Optical Pickup") zur Erzeugung eines Fokuspunktes am Datenspeicherort.The data is read in and read out via an optical pickup to generate a focal point at the data storage location.
Um eine Benutzungskompatibilität zwischen CD und DVD mit ihren unterschiedlichen Speicherschichtdicken zu erreichen, muss der Pickup zwei unterschiedliche Fokuspunkte in unterschiedlichen Tiefen, d.h. zwei unterschiedliche Brennweiten aufweisen. Derartige „Dual Focus Pickups" wiesen zunächst zwei unterschiedliche Objektivlinsen, die abwechselnd über einen Drehaktuator in den Strahlengang einer einzigen Laserdiode eingebracht werden konnten („DVD/CD-Compatible Pickup Heads with Dual Lens Rotating Actuator", Takahashi et al., Jpn.J.Appl.Phys. Vol.36 (1997) pp.467-473) oder zwei hintereinander liegende, axial zueinander verschiebbare refraktive Linsen („0,8-Numerical-Aperture Two-Element Objective Lens for the Optical Disk", Yamamoto et al., JpnJ.Appl.Phys.Vol.36 (1997) pp.456-459) auf. Als nächster Schritt wurde eine einzelne refraktive Linse mit einem umlaufenden Korrekturring zur Erzeugung von zwei Fokusbereichen auf einer Objektivlinse entwickelt („A Compact-Disc-Compatible Digital Versatile Disc Pickup Using Annular Mask", Lee et al., Jpn.J.Appl.Phys. Vol.36 (1997) pp.486-490).In order to achieve user compatibility between CD and DVD with their different storage layer thicknesses, the pickup must have two different focus points at different depths, ie have two different focal lengths. Such "dual focus pickups" initially had two different objective lenses, which could be inserted alternately into the beam path of a single laser diode via a rotary actuator ("DVD / CD-compatible pickup heads with dual lens rotating actuator", Takahashi et al., Jpn.J .Appl.Phys. Vol.36 (1997) pp.467-473) or two successive, axially displaceable refractive lenses ("0.8-Numerical-Aperture Two-Element Objective Lens for the Optical Disk", Yamamoto et al ., JpnJ.Appl.Phys.Vol.36 (1997) pp.456-459) The next step was to develop a single refractive lens with a circumferential correction ring to create two focus areas on one objective lens (“A Compact Disc Compatible Digital Versatile Disc Pickup Using Annular Mask ", Lee et al., Jpn.J.Appl.Phys. Vol.36 (1997) pp.486-490).
Bereits im Jahre 1988 stellten Forscher der Firma „NEC" einen kleinen und leichten optischen Pickup mit holographisch optischen Elementen (HOE) vor („Compact optical head using a holographic optical element for CD players", Kimura et al., Appl. Opt. Vol.27(1988), No. 4, pp.668-671). Dieser besteht aus vier optischen Komponenten : Photodiode, HOE, Abbildungslinse und Detek- torarray. Das HOE, bestehend aus vier unterschiedlichen Gittersektoren, erfüllt die Aufgaben der Strahlteilung und der Erzeugung der Fokus-Fehler und Nachstell-Signale. Damit konnte erstmals gezeigt werden, dass mit Hilfe von „diffraktiven optischen Elementen" (DOE) kompakte, leichte und preiswerte Pickups für CDs mit den erforderlichen hohen optischen Anforderungen realisierbar sind.As early as 1988, researchers from the "NEC" company presented a small and light optical pickup with holographic optical elements (HOE) ("Compact optical head using a holographic optical element for CD players", Kimura et al., Appl. Opt. Vol .27 (1988), No. 4, pp.668-671). This consists of four optical components: photodiode, HOE, imaging lens and detector array. The HOE, consisting of four different grating sectors, fulfills the tasks of beam splitting and the generation of focus errors and readjustment signals. This showed for the first time that with the help of "diffractive optical elements" (DOE) compact, light and inexpensive pickups for CDs with the necessary high optical requirements can be realized.
Ein Hologramm ist in der klassischen Erklärung eine Abspeicherung der Phasen- und Amplitudeninformation von zwei Strahlen kohärenten Lichts, die gegenseitig korreliert sind, in Form eines mikroskopischen Interferenzmusters. Die Rekonstruktion eines Hologramms kann als Abbildungsvorgang interpretiert werden : Ein Hologramm transformiert ein Wellenfeld infolge der Beugung in der Hologrammstruktur in ein anderes Wellenfeld. Es wirkt daher wie eine komplizierte Linse und kann als „Phasenabbildungselement" bezeichnet werden. Die Amplitude (hell/dunkel) des Lichts bleibt hierbei in der Regel unberücksichtigt. Als grundsätzliche Vorteile von HOEs sind zu nennen : optisch ideal wirkendes Element auch bei großen Aperturen, kleines Gewicht, Multifunktionalität, komplizierte Abbildungsgeometrien, Aufbringung auf gekrümmte Flächen. Bei „Computer-Generierten Hologrammen" (CGH) können komplizierte, vom Computer simulierte und berechnete Interferenzmuster mit einem Laser-Scanner direkt in lichtempfindliches Material eingeschrieben werden.In the classic explanation, a hologram is a storage of the phase and amplitude information of two beams of coherent light, which are mutually correlated, in the form of a microscopic interference pattern. The reconstruction of a hologram can be interpreted as an imaging process: a hologram transforms a wave field due to the diffraction in the hologram structure into another wave field. It therefore works like a complicated lens and can be referred to as a "phase imaging element". The amplitude (light / dark) of the light is usually not taken into account here. The basic advantages of HOEs are: optically ideal-looking element even with large apertures, low weight, Multifunctionality, complicated imaging geometries, application on curved surfaces. With "Computer-Generated Holograms" (CGH) complicated, computer-simulated and calculated interference patterns can be written directly into light-sensitive material with a laser scanner.
Als „Hologramm eines Punktes" kann die Fresnelsche Zonenplatte bezeichnet werden. Handelt es sich um eine segmentierte Zonenplatte, sind mehrere Fokuspunkte holographisch erzeugbar. Segmentierte Fresnel-Zonenplatten mit zwei oder vier Fokuspunkten mit den Schlüsselfunktionen von Strahlteiler und Fokussierungslement sind in dem Aufsatz „Segmented Fresnel zone lens elements with several primary foci", P.C.M. Galloway et al., Opt. Communications 131 (1996) pp.371 -379, beschrieben. Hierbei handelt es sich um Einzelgitterstrukturen in Form von symmetrischen Kreissegmenten, die über den Vollkreis einer Fresnellinse verteilt sind. Derartige überlagerte, computer-generierte Zonenlinsen vom Typ Fresnel zur Erzeugung von mehreren Fokuspunkten können beispielsweise auch in optischen Pickup- Köpfen eingesetzt werden. Bei diesem Kreissegmentaufbau mit relativ großen Einzelsegmenten ist die Apertur jedoch begrenzt und die Superposition der einzelnen Lichtstrahlen nicht sehr fein kohärent, so dass störende Übergitterabbildungen entstehen.The Fresnel zone plate can be referred to as a "hologram of a point". If it is a segmented zone plate, several focus points can be generated holographically. Segmented Fresnel zone plates with two or four focus points with the key functions of beam splitter and focusing element are described in the article "Segmented Fresnel zone lens elements with several primary foci ", PCM Galloway et al., Opt. Communications 131 (1996) pp.371-379. These are single lattice structures in the form of symmetrical circular segments that are distributed over the full circle of a Fresnel lens. Such superimposed, computer-generated zone lenses of the Fresnel type for generating multiple focus points can also be used, for example, in optical pickup heads. In this circular segment structure with relatively large individual segments, however, the aperture is limited and the superposition of the individual light beams is not very finely coherent, so that disruptive superlattice images arise.
Im Jahre 1989 stellte die Firma Matsushita einen kompakten Fokussensor unter Einsatz einer astigmatischen Fresnel-Zonenlinse, integriert als DOE- Struktur auf einem Strahlteilerwürfel vor („Reflection micro-Fresnel lenses and their use in an integrated focus sensor", Shiono et al., Appl. Opt. Vol.28 (1989), No.15, pp.3434-3442). Dadurch konnte die Baulänge verkürzt und ein optischer Justierschritt eingespart werden. Diese Technik fand auch Eingang in _In 1989, Matsushita presented a compact focus sensor using an astigmatic Fresnel zone lens, integrated as a DOE structure on a beam splitter cube ("Reflection micro-Fresnel lenses and their use in an integrated focus sensor", Shiono et al., Appl Vol. 28 (1989), No.15, pp.3434-3442), which made it possible to shorten the overall length and save an optical adjustment step _
den Pickup für die wiederbeschreibbare magnetooptische Disk. Parallel dazu wurde, insbesondere wiederum von der Firma Matsushita, das sogenannte „Phase-Change-Verfahren" als konkurrierendes Verfahren für eine wiederbeschreibbare Disk entwickelt. Diesem Verfahren, bei dem durch das Ein- und Auslesen der Molekularzustand der Speicherschicht unter Einsatz eines wesentlich einfacher aufgebauten Pickups verändert wird, werden derzeit große Zukunftschancen prognostiziert.the pickup for the rewritable magneto-optical disk. At the same time, in particular by the Matsushita company in particular, the so-called "phase change process" was developed as a competing process for a rewritable disk. This process, in which the molecular state by reading and reading the storage layer is changed using a much simpler pickup, great future prospects are currently forecast.
Für die Video-Disk mit deutlich erhöhter Speicherdichte wurden bereits ebenfalls Pickups mit integrierten DOEs mit vorgesetzten geblazten Gittern vorgestellt, bei denen mehrere Strahlen zur Detektionsjustage eingesetzt werden („Optical Pickup Using Blazed Holographie Optical Element for VideoFor the video disk with a significantly increased storage density, pickups with integrated DOEs with blazed grids in front have also been presented, in which several beams are used for detection adjustment (“Optical Pickup Using Blazed Holography Optical Element for Video
Disk Players", Yoshida et al., Jpn.J.Appl.Phys. Vol.33(1994) pp. 3947-3951).Disk Players ", Yoshida et al., Jpn.J.Appl.Phys. Vol.33 (1994) pp. 3947-3951).
Für die Mehrlagen-Disk wurde von der Firma Matsushita der Einsatz von DOEs für den Dual-Fokus-Kopf entwickelt („Dual Focus Optical Head for 0,6 mm undFor the multi-layer disc, Matsushita developed the use of DOEs for the dual focus head ("Dual Focus Optical Head for 0.6 mm and
1 ,2 mm Disks", Komma et al., Opt. Rev. Vol.1 , No.1 (1994), pp.27-29). Hierbei wird der 0,6 mm Fokus mit gebeugtem Licht O.Ordnung (Transmission) und der1, 2 mm disks ", Komma et al., Opt. Rev. Vol.1, No.1 (1994), pp.27-29). Here, the 0.6 mm focus with diffracted light O.Order (transmission ) and the
1 ,2 mm Fokus mit gebeugtem Licht I .Ordnung (Hauptbrechung) eingestellt.1, 2 mm focus set with diffracted light 1st order (main refraction).
Durch die Nutzung der verschiedenen Beugungsordnungen wird trotz des Einsatzes nur eines DOEs das Auslesen aus einer 0,6 mm tiefen und einer 1 ,2 mm tiefen Speicherschicht ermöglicht.By using the different diffraction orders, despite the use of only one DOE, reading from a 0.6 mm deep and a 1.2 mm deep storage layer is made possible.
Bei den beschriebenen Pickups mit zwei durch unterschiedliche Beugung erzeugten Fokuspunkten wird der Objektivlinse jeweils ein getrenntes ebenes Hologramm zugeordnet. Aus der Veröffentlichung „Dual Focus Optical Head with a Hologram-Integrated Lens", Komma et al., Jpn.J.Appl.Phys. Vol.36 (1997) pp.474-480, ist das geblazte HOE direkt in die erste, d.h. dem Fokussierungspunkt abgewandte Linsenoberseite integriert. Dadurch können Aberrationsfehler aufgrund unterschiedlicher Scheibendicken ohne mecha- nischen Schaltungsaufwand korrigiert werden. Der Pickupaufbau kann dadurch noch weiter vereinfacht und kompakter konstruiert werden. Bei dem aus dem Aufsatz „Lens Design for Optical Head Compatible with Compact Disk and Digital Versatile Disk" von Tanaka et al., Jpn.J.Appl.Phys. Vol.73 (1998) pp.2179-2183, bekannten Abtastkopf handelt es sich um einen optischen Abtastkopf mit einer Dual-Fokus-Objektivlinse im Strahlengang, in deren asphärische Oberseite ein Hologramm integriert ist. Mit dem gebrochenen Licht erster Ordnung können CDs, mit dem ungebrochenen Licht (nullte Ordnung) DVDs gelesen werden. Streulicht entsteht durch Brechungen höherer Ordnungen. Dieses kann durch das Hologramm, das als spezielles Gitterprofil ausgebildet ist, verringert werden. Die Zwischenräume (pitches) im Hologramm werden computergestützt ermittelt. Ein Abstand zwischen beiden Fokuspunkten von 0,5 mm erzeugt für eine Quadrantdetektion ausreichend große Spots. Die hierzu erforderlichen Pitches sind jedoch so schmal, dass sie nicht mehr herstellbar sind. Komplizierte Ersatzstrukturen für Gitterprofile mit diffraktiven und refraktiven Anteilen zur Erstellung einer Hybridlinse werden deshalb berechnet. Diese Gitterstrukturen dienen jedoch nur der Vermeidung von gestreuten Fokuspunkten in einer Schicht. Auch mit dieser Anordnung wird die Erzeugung von genau zwei Fokuspunkten in zwei unterschiedlichen Schichten angestrebt. Das hat zur Folge, dass nur Speicherplatten mit einer begrenzten Speicherkapazität und mit einer begrenzten Auslesegeschwindig- keit abgetastet werden können.In the described pickups with two focus points generated by different diffraction, a separate flat hologram is assigned to the objective lens. From the publication "Dual Focus Optical Head with a Hologram-Integrated Lens", Komma et al., Jpn.J.Appl.Phys. Vol.36 (1997) pp.474-480, the blazed HOE is directly in the first, This means that aberration errors due to different disc thicknesses can be corrected without mechanical circuitry. The pickup structure can be made even simpler and more compact. The scanning head known from the article "Lens Design for Optical Head Compatible with Compact Disk and Digital Versatile Disk" by Tanaka et al., Jpn.J.Appl.Phys. Vol.73 (1998) pp.2179-2183 is an optical scanning head with a dual-focus objective lens in the beam path, in the aspherical top of which a hologram is integrated. With the refracted light of the first order, CDs can be read, with the unbroken light (zeroth order) DVDs. Scattered light is caused by refractions of higher ones This can be reduced by the hologram, which is designed as a special grating profile. The spaces (pitches) in the hologram are determined with the aid of a computer. A distance of 0.5 mm between the two focal points creates sufficiently large spots for quadrant detection Pitches are so narrow, however, that they can no longer be produced, complicated replacement structures for lattice profiles with diffractive and refract Iive proportions for creating a hybrid lens are therefore calculated. However, these lattice structures only serve to avoid scattered focal points in one layer. This arrangement also aims to create exactly two focus points in two different layers. The consequence of this is that only storage disks with a limited storage capacity and with a limited reading speed can be scanned.
Neben den Dual-Fokus-Pickups mit zwei unterschiedlichen optischen Beugungsbereichen ist aus dem Aufsatz „Dual Wavelength Optical Head for 0,6 mm and 1 ,2 mm Substrate Thicknesses", Katayama et al., Jpn.J.Appl.Phys. Vol.36 (1997) pp.460-466, ein Pickup bekannt, der zwei Laserdioden mit stark voneinander abweichenden Wellenlängen (635 nm und 785 nm) aufweist. Über eine holographische oder eine variabel magnetische Optik wird mit der ersten Wellenlänge ein erster und mit der zweiten Wellenlänge alternativ dazu ein zweiter Fokuspunkt durch Beugung nullter bzw. erster Ordnung erzeugt. Ein gleichzeitiger Betrieb der beiden Laserdioden ist nicht vorgesehen. In der Veröffentlichung „Digital Video Disc/Compact Disc Compatible Pick-up With Liquid Crystal Shutter", Tsuchiya et al., Jpn.J.Appl.Phys. Vol.36 (1997) pp.481-485 wird ein Pickup beschrieben, bei dem der Durchmesser des Laserstrahls durch eine Flüssigkristallblende veränderlich ist. Dadurch werden zwei unterschiedliche Aperturen an einer Objektivlinse und damit zwei Fokuspunkte erzeugt. Bei Flüssigkristallblenden kann durch Veränderung der angelegten Spannung deren Durchlässigkeitsgrad ortsweise verändert werden.In addition to the dual focus pickups with two different optical diffraction ranges, the essay "Dual Wavelength Optical Head for 0.6 mm and 1.2 mm Substrate Thicknesses", Katayama et al., Jpn.J.Appl.Phys. Vol. 36 (1997) pp.460-466, a pickup known which has two laser diodes with widely differing wavelengths (635 nm and 785 nm), a first and a second one using a holographic or a variable magnetic optics Alternatively, a second focal point is generated by zero or first order diffraction, and simultaneous operation of the two laser diodes is not provided. A pickup is described in the publication "Digital Video Disc / Compact Disc Compatible Pick-up With Liquid Crystal Shutter", Tsuchiya et al., Jpn.J.Appl.Phys. Vol.36 (1997) pp.481-485 The diameter of the laser beam can be changed by means of a liquid crystal diaphragm. This creates two different apertures on one objective lens and thus two focal points. With liquid crystal diaphragms, the transmittance can be changed locally by changing the applied voltage.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 19636595 A1 wird eine Vorrichtung zum Lesen optischer Speichermedien in mehreren Spuren in unterschiedlichen Schichten beschrieben. Dazu werden gleichzeitig mehrere Laserdioden eingesetzt, deren emittierte Strahlung durch ein refraktiv wirkendes Objektiv geleitet wird. Dieses zeigt aber in seiner Brechwirkung ein stark wellenlängenabhängiges Verhalten. Die Laserdioden müssen daher ein in der Wellenlänge stark unterschiedliches Emissionsverhalten aufweisen, was relativ schwierig zu realisieren ist, da der Tuningbereich einer normalen Laserdioden relativ schmal ist. Weiterhin ist mit der beschriebenen Apparatur ein gleichzeitiger Schreib-Lese-Vorgang in unterschiedlichen Spuren und Schichten nicht möglich, da die Erfassung der Informationen stets durch eine Oszillation des Abtaststrahls zwischen den einzelnen Spuren in einer einzelnen Schicht erfolgt.German published patent application DE 19636595 A1 describes a device for reading optical storage media in several tracks in different layers. For this purpose, several laser diodes are used at the same time, the emitted radiation of which is passed through a refractive lens. However, this shows a strongly wavelength-dependent behavior in its refractive effect. The laser diodes must therefore have a very different emission behavior in terms of wavelength, which is relatively difficult to implement because the tuning range of a normal laser diode is relatively narrow. Furthermore, a simultaneous read / write operation in different tracks and layers is not possible with the apparatus described, since the information is always acquired by an oscillation of the scanning beam between the individual tracks in a single layer.
Neben diesem Überblick über den technologischen Hintergrund zu der vorliegenden Erfindung wird der nächstliegende Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, in der amerikanischen Patenschrift US 5526336 A offenbart. Hier wird ein optischer Pickup der eingangs genannten Art beschrieben, der zur exakten Kontrolle der Fokuspunktlage eine Fresnel- und eine Objektivlinse aufweist, die getrennt voneinander verfahrbar sind. Dabei dient die Fresnellinse der diffraktiven Aufspaltung des einfallenden Lichtstrahls in eine der Anzahl von vorhandenen Schichten einer mehrschichtigen Datenspeicherplatte entsprechende Mindestanzahl von Fokuspunkten. Dies erfolgt durch die Ausnutzung der unterschiedlichen Beugungsordnungen, insbesondere der nullten und der ersten; aber auch höhere Beugungsordnungen sollen - zumindest theoretisch - zur Anwendung kommen können. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass die Intensität der abgelenkten Strahlen ab der zweiten Beugungsordnung stark abnimmt, so dass im allgemeinen derartige Strahlen als unerwünschtes, nicht verwertbares Streulicht betrachtet werden. Eine beliebige Steigerung der Anzahl der abgelenkten Strahlen ist also mit einer einfachen Fresnellinse nicht möglich. Das hat zur Folge, dass nur Speicherplatten mit einer begrenzten Speicherkapazität und mit einer begrenzten Auslesegeschwindigkeit abgetastet werden können.In addition to this overview of the technological background to the present invention, the closest prior art from which the invention is based is disclosed in US Pat. No. 5,526,336 A. An optical pickup of the type mentioned at the outset is described here, which has a Fresnel and an objective lens which can be moved separately from one another for exact control of the focus point position. The Fresnel lens serves for the diffractive splitting of the incident light beam into a minimum number of focal points corresponding to the number of existing layers of a multi-layer data storage disk. This is done by using the different diffraction orders, especially the zeroth and the first; but higher diffraction orders should also be able to be used - at least theoretically. However, it should be noted here that the intensity of the deflected rays decreases sharply from the second diffraction order, so that such rays are generally regarded as undesirable, unusable scattered light. An arbitrary increase in the number of deflected rays is therefore not possible with a simple Fresnel lens. As a result, only storage disks with a limited storage capacity and with a limited reading speed can be scanned.
Bei der aus der US 5838496 A bekannten multifokalen Objektivlinse handelt es sich um eine bikonvexe Sammellinse, die in ihre stärker gekrümmten Oberfläche eine Fresnelzonenlinse integriert hat. Die geometrische Auslegung der einzelnen Zonen ist dabei so gewählt, dass eine Korrektur der normalerweise bei Ausnutzung von unterschiedlichen Beugungsordnungen auftretenden Farbverschiebungen des gebeugten Lichtstrahls erfolgt. Auch bei dieser Linse werden also wieder die verschiedenen Beugungsordnungen ausgenutzt - und die dabei auftretenden Nachteile zumindest teilweise versucht zu kompensieren -, die im Zusammenhang mit der US 5526336 A beschriebenen Nachteile bleiben jedoch bestehen.The multifocal objective lens known from US 5838496 A is a biconvex converging lens which has a Fresnel zone lens integrated into its more curved surface. The geometric design of the individual zones is chosen so that the color shifts of the diffracted light beam that normally occur when different diffraction orders are used are corrected. The various diffraction orders are also used again in this lens - and the disadvantages that occur are at least partially attempted to be compensated for - but the disadvantages described in connection with US Pat. No. 5,526,336 A remain.
Die Problemstellung ist bei der Erfindung daher darin zu sehen, einen optischen Abtastkopf der bekannten Art für Datenspeicherplatten so weiterzubilden, dass er eine deutlich erhöhte Speicherkapazität auf der abzutastenden Datenspeicherplatte und eine deutliche Erhöhung der Abtastgeschwindigkeit ermöglicht. Der Aufbau eines solchen Pickups soll weiterhin sehr kompakt sein. Es ist anzustreben, dass die Maßnahmen zu seiner Weiterbildung einfach und die Mittel dazu preiswert sind. Der erfindungsgemäße Pickup soll in seiner Herstellung, Handhabung und Wartung problemlos und weitgehend fehlerunbelastet sein. Mit der vorliegenden Erfindung werden für diese Problemstellung unterschiedliche Ausbildungsformen eines Abtastkopfes des eingangs genannten Aufbaus, die alle in Form eines erfindungsgemäßen „Multi-Spot DVD-Pickup" mit einer die erforderliche Mindestanzahl (ein Fokuspunkt pro Schicht) überschreitenden Anzahl von erzeugbaren Fokuspunkten realisiert sind, als gleichrangige Lösungsansätze beschrieben.The problem with the invention is therefore to be seen in developing an optical scanning head of the known type for data storage disks in such a way that it enables a significantly increased storage capacity on the data storage disk to be scanned and a significant increase in the scanning speed. The construction of such a pickup should continue to be very compact. The aim should be that the measures for further training are simple and that the means are inexpensive. The manufacture, handling and maintenance of the pickup according to the invention should be problem-free and largely free of errors. With the present invention, different forms of design of a scanning head of the structure mentioned at the outset are implemented for this problem, all of which are realized in the form of a “multi-spot DVD pickup” according to the invention with a number of focus points that can be generated that exceeds the required minimum number (one focus point per layer), described as equal approaches.
Zunächst kann zur Problemlösung der optische Abtastkopf dergestalt ausgeführt sein, dass zur Erzeugung einer die Mindestanzahl überschrei- tenden Anzahl von Fokuspunkten die Objektivlinse die integrierte Gitterstruktur in Form einer komplexen Überlagerungsgitterstruktur aus einer der Anzahl der zu erzeugenden Fokuspunkte entsprechenden Anzahl von unterschiedlichen, gekrümmten Einzelgitterstrukturen in Form einzelner Segmente aufweist, die unregelmäßig statistisch verteilt in der Überlagerungsgitterstruktur angeordnet sind.First of all, to solve the problem, the optical scanning head can be designed such that in order to generate a number of focus points that exceeds the minimum number, the objective lens integrates the integrated grating structure in the form of a complex superimposed grating structure from a number of different, curved individual grating structures that corresponds to the number of focus points to be generated individual segments, which are arranged in an irregular, statistically distributed manner in the overlay grid structure.
Grundgedanke bei diesem Lösungsvorschlag ist, dass durch die Erhöhung der Anzahl der Fokuspunkte in einer gleichen Zeiteinheit entsprechend mehr Daten abgetastet werden können als bei den zuvor beschriebenen herkömmlichen Abtastköpfen mit maximal zwei Fokuspunkten zur Abtastung von zwei Spuren in unterschiedlichen Schichten. Eine deutliche Erhöhung der erreichbaren Speicherkapazität einer DVD und der Auslesegeschwindigkeit ist die Folge. Durch die Überlagerung von verschiedenen gekrümmten Gitterstrukturen in einem komplexen Beugungsgitter entsteht die Möglichkeit der parallelen Ausführung der Funktionen der zugrundeliegenden Einzelkomponenten, so dass gezielte Verteilungen des einfallenden Lichtstrahls in die einzelnen Beugungsrichtungen zur Erzeugung unterschiedlicher Fokuspunkte durchführbar sind. Das Vorkommen jedes Einzelelements nurmehr als entsprechend der Gesamtanzahl der Einzelelemente auftretender Bruchteil des jeweiligen Grundelements reicht bei der Durchleitung des auftreffenden Lichtstrahls aus, dieselbe Beugungswirkung wie das komplette Grundelement zu erzielen. Dabei kann die Anzahl der Einzelelemente und damit die Anzahl der erzeugbaren Fokuspunkte theoretisch beliebig gesteigert werden und findet nur eine Begrenzung bei der Herstellung der Überlagerungsgitterstruktur. Daneben können durch die unregelmäßig statistische Verteilung der Einzelsegmente entstehende Übergitterabbildungen minimiert werden.The basic idea behind this proposed solution is that by increasing the number of focus points in a same time unit, correspondingly more data can be scanned than in the previously described conventional scanning heads with a maximum of two focus points for scanning two tracks in different layers. The result is a significant increase in the achievable storage capacity of a DVD and the reading speed. The superimposition of different curved grating structures in a complex diffraction grating creates the possibility of parallel execution of the functions of the underlying individual components, so that targeted distributions of the incident light beam in the individual diffraction directions can be carried out to generate different focus points. The occurrence of each individual element only as a fraction of the respective basic element occurring in accordance with the total number of individual elements is sufficient for the transmission of the incident light beam to achieve the same diffraction effect as the complete basic element. The number of individual elements and thus the number of the focal points that can be generated are theoretically increased arbitrarily and only finds a limitation in the production of the overlay lattice structure. The irregular statistical distribution of the individual segments can also minimize superlattice images.
Mit zunehmender Verkleinerung der einzelnen Segmente wird eine zunehmend feinere kohärente Superposition der Lichtstrahlen erzielt. Dabei können die einzelnen Segmente beliebige geometrische Formen aufweisen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des zunächst beschriebenen erfindungsgemäßen optischen Abtastkopfes ist es jedoch besonders sinnvoll, wenn die Segmente der Einzelgitterstrukturen geometrisch, insbesondere quadratisch begrenzt sind. Die Anordnung geometrischer Segmente, beispielsweise in sechseckiger Form, in einer entsprechenden Superpositionsstruktur ist einfach und vielseitig. Insbesondere eine Anordnung quadratischer Segmente in einer „karierten" Überlagerungsstruktur ist besonders einfach herstellbar und stets gut nachvollziehbar. Eine Rücksicht bei der Anordnung auf die Segmentform, beispielsweise Kreissegmentform mit zentrierter Anordnung im Kreis, muss bei quadratischen Segmenten nicht genommen werden. Durch die quadratische Geometrie wird darüber hinaus eine Vorzugsrichtung bei der Lichtbrechung vermieden.As the individual segments become smaller, an increasingly fine, coherent superposition of the light beams is achieved. The individual segments can have any geometric shapes. According to an advantageous embodiment of the optical scanning head according to the invention described first, however, it is particularly useful if the segments of the individual grating structures are geometrically, in particular square, delimited. The arrangement of geometric segments, for example in a hexagonal shape, in a corresponding superposition structure is simple and versatile. In particular, an arrangement of square segments in a "checkered" overlay structure is particularly easy to produce and is always easy to understand. Consideration of the arrangement of the segment shape, for example a circular segment shape with a centered arrangement in a circle, need not be taken into account in the case of square segments in addition, a preferred direction of light refraction avoided.
Ein weiterer Vorteil der superponierten Einzelgitterstrukturen ist, dass deren optische Eigenschaften separat gewählt und umgesetzt werden können. Der erfindungsgemäße Multi-Spot-Pickup kann zum simultanen Abtasten (Ausle- sen und Einschreiben) verschiedener Datenspuren und/oder verschiedener Datenschichten eingesetzt werden. Gemäß einer weiteren Erfindungsausgestaltung ist es zum simultanen Abtasten verschiedener Datenspuren sinnvoll, wenn zur Erzeugung einer die Mindestanzahl überschreitenden Anzahl von Fokuspunkten auf verschiedenen Spuren in einer Speicherschicht die Brennweiten der Einzelgitterstrukturen alle gleich und deren Beugungswinkel zur optischen Achse der Objektivlinse unterschiedlich sind. Herkömmliche CDs mit nur einer Speicherschicht können so mit einer vielfach höheren Auslese- geschwindigkeit abgetastet werden. Bei unterschiedlichen Beugungswinkeln in einer Ebene spricht man von einem „off-axis-Strahlenverlauf".Another advantage of the superposed single lattice structures is that their optical properties can be selected and implemented separately. The multi-spot pickup according to the invention can be used for simultaneous scanning (reading and writing) of different data tracks and / or different data layers. According to a further embodiment of the invention, it is useful for simultaneous scanning of different data tracks if the focal lengths of the individual grating structures are all the same and their diffraction angles to the optical axis of the objective lens are different in order to generate a number of focus points on different tracks in a storage layer that exceeds the minimum number. Conventional CDs with only one storage layer can thus be read out much higher speed can be scanned. With different diffraction angles in one plane one speaks of an "off-axis beam path".
Nach einer weiteren Erfindungsfortführung ist es zum simultanen Abtasten verschiedener Datenspuren und Datenschichten sinnvoll, wenn zur Erzeugung einer die Mindestanzahl überschreitenden Anzahl von Fokuspunkten auf verschiedenen Spuren in unterschiedlichen Speicherschichten die Brennweiten der Einzelgitterstrukturen und deren Beugungswinkel zur optischen Achse der Objektivlinse unterschiedlich sind. So kann mit jeder Einzelgitterstruktur aus einer entsprechenden Anzahl von Segmenten ein anderer Fokuspunkt in einer anderen Tiefe (Schicht) und unter einem anderen Beugungswinkel (Spur) erzeugt werden. Mit einer derartigen Ausgestaltung kann eine moderne Speicherplatte (DVD) in ihrer maximalen Speicherkapazität optimal ausgenutzt und die Auslesegeschwindigkeit maximiert werden. Alle Strahlen können auf unterschiedliche Photodetektoren abgebildet werden. Die Regulierung der einzelnen Fokuspunkte kann simultan über einen Hauptaktuator erfolgen. Das Feintuning der relativen Abstände zwischen den Fokuspunkten kann relativ einfach über eine Variation der Zentrallichtwellenlänge (abstimmbare Laserdiode) erfolgen. Die Veränderung der Wellenlänge kann bei einer Laserdiode beispielsweise durch Variation der Betriebstemperatur oder durch Drehung eines Gitters bei Verwendung eines externen Resonators erzeugt werden.According to a further development of the invention, it is useful for simultaneous scanning of different data tracks and data layers if the focal lengths of the individual grating structures and their diffraction angles to the optical axis of the objective lens are different in order to generate a number of focus points on different tracks in different storage layers which exceeds the minimum number. With each individual lattice structure, a different focus point can be generated from a corresponding number of segments at a different depth (layer) and at a different diffraction angle (track). With such a configuration, a modern storage disk (DVD) can be optimally used in its maximum storage capacity and the readout speed can be maximized. All beams can be imaged on different photodetectors. The regulation of the individual focus points can be done simultaneously via a main actuator. The fine tuning of the relative distances between the focus points can be done relatively easily by varying the central light wavelength (tunable laser diode). In the case of a laser diode, the change in wavelength can be generated, for example, by varying the operating temperature or by rotating a grating when using an external resonator.
Die Umsetzung der beschriebenen komplexen Überlagerungsgitterstruktur aus einer Vielzahl von unterschiedlichen, gekrümmten Einzelgitterstrukturen in einem optischen Element muss unter den Bedingungen der konstruktiven und herstellungstechnischen Einfachheit sowie der Kostengünstigkeit erfolgen. Nach einer nächsten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abtastkopfes ist es deshalb vorteilhaft, wenn die Objektivlinse als Multiplexobjektiv mit einem auf eine Sammellinse aufgebrachten Multiplexgitter als Überlagerungsgitterstruktur ausgebildet ist. Ein derartiges, ätztechnisch herstellbares Gitter, das auf eine plane Fläche einer Sammellinse beispielsweise durch Verkleben aufgebracht wird, hat den Vorteil, dass der Transmissionsgrad besonders hoch ist, da Beugungsordnungen höherer Ordnung reduziert werden können.The implementation of the complex superimposed grating structure described from a large number of different, curved single grating structures in an optical element must be carried out under the conditions of simplicity in terms of construction and production technology and cost-effectiveness. According to a next embodiment of the scanning head according to the invention, it is therefore advantageous if the objective lens is designed as a multiplex objective with a multiplex grating applied to a converging lens as a superimposed grating structure. Such a grating, which can be produced by etching, which is applied to a flat surface of a converging lens, for example by gluing has the advantage that the transmittance is particularly high since higher order diffraction orders can be reduced.
Nach einer anderen Erfindungsausgestaltung kann die Objektivlinse jedoch auch als Multiplexobjektiv mit einem als segmentierte Fresnelzonenlinse ausgebildeten computer-generierten Hologram als Überlagerungsgitterstruktur ausgebildet sein. Das computer-generierte Hologramm (CGH) besitzt gegenüber der oben beschriebenen Gitter-Linsen-Kombination einige Vorteile. So lässt sich das CGH kompakter, leichter und noch preiswerter realisieren. Weiterhin sind die Abbildungseigenschaften von höherer Qualität, da keine optischen Aberrationen auftreten. Die Brennweite ist beim CGH umgekehrt proportional zur Wellenlänge des einfallenden Lichts, dadurch kann der Fokuspunkt durch Variation der Lichtwellenlänge justiert werden. Wenn es darüber hinaus, beispielsweise wegen erhöhter Schichttoleranzen bei der DVD-Herstellung, erforderlich ist, alle einzelnen Brennweiten separat zu justieren, so ist es sinnvoll, ein derartiges CGH-Multiplexobjektiv mit einem off- axis-Strahlenverlauf und als Lichtquelle mehrere Laserdioden unterschiedlicher Wellenlänge zu verwenden. Durch die Variation der einzelnen Frequenzen lassen sich auch die verschiedenen Brennweiten einzeln justieren. Der off- axis-Strahlenverlauf gewährleistet, dass die Signale von den verschiedenen Schichten auch unabhängig voneinander abgebildet werden können. Fresnelzonenlinsen sind die einfachsten holographischen Abbildungselemente. Mit ihnen kann beispielsweise eine ebene Welle in eine konvergierende und eine divergierende Welle transformiert werden. Das Hologramm verhält sich also gleichzeitig wie eine Sammel- und eine Zerstreuungslinse.According to another embodiment of the invention, the objective lens can, however, also be designed as a multiplex objective with a computer-generated hologram designed as a segmented Fresnel zone lens as a superimposed grating structure. The computer-generated hologram (CGH) has several advantages over the grating-lens combination described above. In this way, the CGH can be made more compact, lighter and even cheaper. Furthermore, the imaging properties are of higher quality since no optical aberrations occur. With the CGH, the focal length is inversely proportional to the wavelength of the incident light, so the focus point can be adjusted by varying the light wavelength. If it is also necessary, for example due to increased layer tolerances in DVD production, to adjust all individual focal lengths separately, then it makes sense to add several laser diodes of different wavelengths to such a CGH multiplex lens with an off-axis beam path and as a light source use. By varying the individual frequencies, the different focal lengths can also be individually adjusted. The off-axis beam path ensures that the signals from the different layers can also be mapped independently of one another. Fresnel zone lenses are the simplest holographic imaging elements. They can be used, for example, to transform a plane wave into a converging and a diverging wave. The hologram thus behaves like a converging lens and a diverging lens at the same time.
Die beschriebenen Gitterelemente lassen sich mit den modernen Mikrostruk- turierungstechniken der VLSI-Technik herstellen und haben in den letzten Jahren bei vielfältigen optischen Anwendungen ihre Stärke bewiesen. Entscheidend und von großem Vorteil für die binäre Optik sind hierbei die Aspekte, dass die Gitterstrukturen computergestützt berechnet werden können, die Maskenherstellung mit einem hochpräzisen Elektronenstrahl- Schreiber erfolgen kann und die weitere Strukturierung mit den erprobten Herstellungstechniken der Mikroelektronik möglich ist. Derartige Oberflächenrelief Strukturen eigenen sich besonders für eine spätere Massenfertigung preiswerter und dabei hochpräziser optischer Komponenten durch Replika- tionstechnik.The grating elements described can be produced using the modern microstructuring techniques of VLSI technology and have proven their strength in various optical applications in recent years. Decisive and of great advantage for binary optics are the aspects that the lattice structures can be calculated with the aid of a computer, the mask production with a high-precision electron beam Writer can be done and further structuring is possible with the proven manufacturing techniques of microelectronics. Such surface relief structures are particularly suitable for later mass production of inexpensive and high-precision optical components using replication technology.
Als alternative Lösung der oben beschriebenen Problemstellung kann ein optischer Abtastkopf der eingangs genannten Art erfindungsgemäß auch dadurch gekennzeichnet sein, dass zur Erzeugung einer die Mindestanzahl überschreitenden Anzahl von Fokuspunkten auf verschiedenen Spuren in einer Speicherschicht vor oder hinter dem Kollimator ein zusätzlicher Strahlteiler angeordnet ist, dessen Position in Richtung des Strahlengangs veränderbar ist, der erste Strahlteiler als Polarisations-Strahlteiler mit einer nachgeordneten Polarisationsplatte, die Objektivlinse als diffraktives optisches Element und der Kollimator mit einer Gitterstruktur ausgebildet sind.As an alternative solution to the problem described above, an optical scanning head of the type mentioned at the outset can also be characterized according to the invention in that an additional beam splitter, the position of which is arranged in front of or behind the collimator in order to generate a number of focal points on different tracks that exceeds the minimum number is changeable in the direction of the beam path, the first beam splitter is designed as a polarization beam splitter with a downstream polarization plate, the objective lens as a diffractive optical element and the collimator with a grating structure.
Mit einer derartigen Anordnung können ebenfalls Speicherkapazität und Auslesegeschwindigkeit bei einer DVD beträchtlich erhöht werden. Vorteil dieser alternativen Ausführungsform ist eine Vereinfachung des Pickup- Aufbaus mit einer Separierung der Abtastfunktion „Auslesen/Schreiben von mehreren Spuren in einer Schicht". Zum Auslesen/Schreiben verschiedener Spuren in einer Schicht werden hierbei Strahlteiler eingesetzt. Diese können vor oder hinter dem Kollimator positioniert werden. Durch Veränderung der Position des Strahlteilers in Richtung des Strahlengangs kann der relative Fokusabstand aller erzeugten Teilstrahlen auf einer DVD variiert werden. Mit einer derartigen Pickup-Ausführung ist also eine separate geometrische Regelung der Schreib-Lese-Funktion des Pickups in einer Schicht möglich. Der im Strahlengang angeordnete Kollimator und die Fokussierungsanordnung sind bei dieser Variante mit Gitterstrukturen versehen, die der Weiterleitung des nunmehr bereits am Strahlenganganfang aufgespaltenen Lichtstrahls in einzelne Teilstrahlen zur Erzeugung mehrerer Fokuspunkte dienen. Die Fokussierungsanordnung besteht aus einer ein Gitter und eine Zylinderlinse enthaltenden Sammellinse, auch eine Ausführung als Fresnelzonenlinse ist möglich. Der Polarisations-Strahlteiler ist ein diffraktives Gitter, die nachgeschaltete λ/4-Platte dient der weiteren Strahlpolarisation. Die Objektiv- iinse ist ebenfalls als diffraktives optisches Element (DOE) ausgebildet, beispielsweise in Form einer einfachen Fresnellinse. Der Einsatz einer segmentierten Fresnelzonenlinse ist ebenfalls möglich.With such an arrangement, the storage capacity and reading speed of a DVD can also be increased considerably. The advantage of this alternative embodiment is a simplification of the pickup structure with a separation of the scanning function "reading / writing of several tracks in one layer". Beam splitters are used for reading / writing different tracks in a layer. These can be positioned in front of or behind the collimator By changing the position of the beam splitter in the direction of the beam path, the relative focal distance of all partial beams generated on a DVD can be varied, so with such a pickup design, separate geometric regulation of the read / write function of the pickup in one layer is possible. In this variant, the collimator arranged in the beam path and the focusing arrangement are provided with grating structures which serve to forward the light beam which has now already been split at the beginning of the beam path into individual partial beams in order to generate a plurality of focal points ht from a grid and a cylindrical lens containing lens, also a version as Fresnel zone lens is possible. The polarization beam splitter is a diffractive grating, the λ / 4 plate is used for further beam polarization. The objective lens is also designed as a diffractive optical element (DOE), for example in the form of a simple Fresnel lens. It is also possible to use a segmented Fresnel zone lens.
Der zusätzliche Strahlteiler kann nach einer Fortführung dieser erfindungsgemäßen Lösung als einfaches Transmissionsgitter, als diffraktives und/oder refraktives Ablenkelement oder als akusto-optischer Modulator ausgebildet sein. Dabei können die diffraktiven Ablenkelemente (DAE) in Form von computergenerierten Hologrammen und die refraktiven Ablenkelemente (RAE) in Form von Prismenplatten realisiert sein. Entsprechend einer nächsten Ausgestaltung kann das Ablenkelement mittels einer Flüssigkristallzelle in seiner optischen Wirkung steuerbar sein. Durch die Kombination einer Flüssigkristallzelle mit DAEs lassen sich die Teilstrahlen derart verändern, dass nur noch ein Strahl mit hoher Intensität transmittiert wird. Dieser verfügt dann über genügend Leistung (ca. 5 mW bei einer Laserdiodenleistung zwischen 7 mW und 10 mW), um Daten in die DVD-Platte schreiben zu können (brennen). Dieses Element wird dann als diffraktives steuerbares Ablenkelement (DSAE) bezeichnet. Durch die Kombination einer Flüssigkristallzelle mit RAEs kann der Spotabstand auf einer DVD gesteuert werden. Dieses Element wird dann als refraktives steuerbares Ablenkelement (RSAE) bezeichnet. Auch die Kombination von DAEs und RAEs - auch in gesteuerter Form S - ist möglich.After a continuation of this solution according to the invention, the additional beam splitter can be designed as a simple transmission grating, as a diffractive and / or refractive deflection element or as an acousto-optical modulator. The diffractive deflection elements (DAE) can be realized in the form of computer-generated holograms and the refractive deflection elements (RAE) in the form of prismatic plates. According to a next embodiment, the deflection element can be controllable in its optical effect by means of a liquid crystal cell. By combining a liquid crystal cell with DAEs, the partial beams can be changed so that only one beam is transmitted with high intensity. This then has enough power (approx. 5 mW with a laser diode power between 7 mW and 10 mW) to be able to write (burn) data to the DVD disc. This element is then referred to as a diffractive controllable deflection element (DSAE). By combining a liquid crystal cell with RAEs, the spot distance can be controlled on a DVD. This element is then referred to as a refractive controllable deflection element (RSAE). The combination of DAEs and RAEs - also in controlled form S - is also possible.
Durch die oben beschriebene Erfindungsvariante ist eine Separierung der Schreib-Lese-Funktion von mehreren Spuren in einer Schicht mit separater geometrischer Regelung möglich. Ebenfalls zu einer Vereinfachung des Aufbaus mit separater geometrischer Regelung für eine Separierung der Schreib-Lese-Funktion von je einer Spur in mehreren Schichten gelangt man, wenn nach einer alternativen Lösung der Problemstellung für einen optischen Abtastkopf der eingangs beschriebenen Art zur Erzeugung einer die Mindestanzahl überschreitenden Anzahl von Fokuspunkten in unterschiedlichen Speicherschichten eine der Anzahl der Fokuspunkte entsprechende Anzahl von unterschiedlichen abstimmbaren Laserdioden eng benachbarter Wellenlängen vorgesehen sind, die gleichzeitig betreibbar sind, und der erste Strahlteiler als Polarisations-Strahlteiler mit einer nachgeordneten Polarisationsplatte, die Objektivlinse als diffraktives optisches Element und der Kollimator mit einer Gitterstruktur ausgebildet sind. Erstmals werden hier also bei einem optischen Abtastkopf mehrere Laserdioden gleichzeitig eingesetzt. Ein diffraktives optisches Element in Form einer Fresnelzonenlinse (FZL) besitzt die Eigenschaft, dass ihre Brennweite umgekehrt proportional von der Wellenlänge abhängt. Durch die Verwendung mehrerer Wellenlängen, die benachbart und nicht wie im Stand der Technik mit großem Abstand liegen können, können daher mehrere Datenschichten gleichzeitig abgetastet werden. Durch ein Feintuning der Wellenlängen können die einzelnen Spots nachreguliert werden, wenn die Schichten nicht ganz homogen sind. Die Separation der einzelnen Teilstrahlen auf den Detektoren wird durch die Geometrie der Laser und durch den Polarisations-Strahlteiler bestimmt. Der Pol-Strahlteiler als diffraktives Gitter wirkt auch frequenzabhängig, so dass alle Strahlen wellenlängenabhängig einzeln auf unterschiedliche Photodetektoren abgebildet werden. Die Regulierung der einzelnen Fokuspunkte kann zusätzlich simultan über einen Fokussierungsaktuator erfolgen.The inventive variant described above enables the read / write function to be separated from several tracks in one layer with separate geometric control. Simplification of the structure with separate geometrical control for separating the read / write function from one track in each case in several layers is also achieved if an alternative solution to the problem for an optical one is achieved Scanning head of the type described at the outset for generating a number of focus points in different storage layers which exceeds the minimum number, a number of different tunable laser diodes of closely adjacent wavelengths corresponding to the number of focus points, which can be operated simultaneously, and the first beam splitter as a polarization beam splitter with a downstream one Polarizing plate, the objective lens as a diffractive optical element and the collimator are formed with a lattice structure. For the first time, several laser diodes are used simultaneously in an optical scanning head. A diffractive optical element in the form of a Fresnel zone lens (FZL) has the property that its focal length is inversely proportional to the wavelength. By using several wavelengths, which can be adjacent and not at a large distance as in the prior art, several data layers can therefore be scanned at the same time. The individual spots can be readjusted by fine-tuning the wavelengths if the layers are not completely homogeneous. The separation of the individual partial beams on the detectors is determined by the geometry of the laser and by the polarization beam splitter. The pole beam splitter as a diffractive grating also acts as a function of frequency, so that all beams are mapped individually onto different photodetectors depending on the wavelength. The regulation of the individual focus points can additionally be carried out simultaneously via a focusing actuator.
Die beiden zuletzt beschriebenen Abtastköpfe weisen als besondere Vorteile einen vereinfachten Aufbau und eine separate geometrische Regelung der Fokuspunkteinstellung auf. Dies wird erreicht durch eine Trennung der Schreib-Lese-Funktionen in verschiedenen Spuren und in verschiedenen Schichten. Gemäß einer nächsten Erfindungsausgestaltung ist für den Abtastkopf mit mehreren Laserdioden zur Erzeugung einer die Mindestanzahl überschreitenden Anzahl von Fokuspunkten auf jeweils mehreren parallelen Spuren in unterschiedlichen Speicherschichten hinter jeder Laserdiode ein zusätzlicher Strahlteiler angeordnet, dessen Position in Richtung des Strahlengangs veränderbar ist. Damit werden die Maßnahmen der beiden alternativen Lösungen vereinigt und eine optimale Nutzung der DVD bei gleichzeitigem und damit sehr schnellem Abtasten von einer Vielzahl von Spuren in unterschiedlichen Speicherschichten möglich. Trotzdem sind weiterhin der vereinfachte Aufbau erhalten und die separaten geometrischen Regelfunktionen durchführbar.The two scanning heads described last have, as special advantages, a simplified structure and a separate geometric regulation of the focus point setting. This is achieved by separating the read-write functions in different tracks and in different layers. According to a next embodiment of the invention, an additional beam splitter is arranged behind each laser diode for the scanning head with a plurality of laser diodes to generate a number of focal points on each of a plurality of parallel tracks in different storage layers, the position of which in the direction of the Beam path is changeable. This combines the measures of the two alternative solutions and enables optimal use of the DVD with simultaneous and therefore very fast scanning of a large number of tracks in different storage layers. Nevertheless, the simplified structure is still preserved and the separate geometric control functions can be carried out.
Auch bei der Kombination der Funktionen ist es gemäß weiteren Erfindungsausgestaltungen möglich, dass der zusätzliche Strahlteiler als einfaches Transmissionsgitter, als diffraktives und/oder refraktives Ablenkelement oder als akusto-optischer Modulator ausgebildet ist und das Ablenkelement mittels einer Flüssigkristallzelle in seiner optischen Wirkung steuerbar ist. Die hiermit verbundenen Wirkungen und Vorteile wurden bereits weiter oben behandelt.Even with the combination of the functions, it is possible according to further embodiments of the invention that the additional beam splitter is designed as a simple transmission grating, as a diffractive and / or refractive deflection element or as an acousto-optical modulator and the optical element of the deflection element can be controlled by means of a liquid crystal cell. The associated effects and advantages have already been discussed above.
Ausbildungsformen der Erfindung in ihren alternativen Formen und in Details werden nachfolgend anhand der schematischen Figuren zu deren weiterem Verständnis näher erläutert. Dabei zeigt :Forms of embodiment of the invention in their alternative forms and in details are explained in more detail below with reference to the schematic figures for their further understanding. It shows:
Figur 1 den Strahlengang bei einem erfindungsgemäßen Multi-SpotFigure 1 shows the beam path in a multi-spot according to the invention
DVD-Pickup mit einem Multiplexobjektiv,DVD pickup with a multiplex lens,
Figur 2 ein Multiplexobjektiv als Gitter-Linsen-Kombination,FIG. 2 shows a multiplex objective as a grating-lens combination,
Figur 3 ein Multiplexobjektiv als CGH-Linse,FIG. 3 shows a multiplex objective as a CGH lens,
Figur 4 eine Multi-Spot-Abbildung eines Multiplexobjektivs in verschie- denen Spuren in einer SchichtFIG. 4 shows a multi-spot image of a multiplex objective in different tracks in one layer
Figur 5 eine Multi-Spot-Abbildung eines Multiplexobjektivs in verschiedenen Spuren in unterschiedlichen Schichten,FIG. 5 shows a multi-spot image of a multiplex objective in different tracks in different layers,
Figur 6 den Strahlengang bei einem alternativen erfindungsgemäßen6 shows the beam path in an alternative according to the invention
Multi-Spot DVD-Pickup mit einem zusätzlichen Strahlteiler und Figur 7 den Strahlengang bei einem anderen alternativen erfindungsgemäßen Multi-Spot DVD-Pickup mit mehreren Laserdioden und zusätzlichen Strahlteilern.Multi-spot DVD pickup with an additional beam splitter and Figure 7 shows the beam path in another alternative multi-spot DVD pickup according to the invention with several laser diodes and additional beam splitters.
Die Figur 1 zeigt einen möglichen Strahlengang eines optischen Abtastkopfes 1 in Multi-Spot-Ausführung mit einem Multiplexobjektiv. Am Anfang des Strahlenganges ist eine Laserdiode 2 angeordnet, die im gewählten Ausführungsbeispiel kohärentes Licht mit einer Wellenlänge von 650 nm aussendet. Mittels eines nachgeschalteten Strahlformers 3 wird ein zunächst divergierender, ovaler Lichtstrahl B in einen divergierenden, runden Lichtstrahl BD zur Intensitätszentrierung überführt. Dieser divergierende Lichtstrahl BD fällt dann in einen Kollimator 4, der diesen in einen linear polarisierten, parallel verlaufenden Lichtstrahl BP transformiert. Als nächstes Element ist im Strahlengang eine Objektivlinse 5 mit einer integrierten Gitterstruktur 6 angeordnet, die als Multiplexobjektiv 7 ausgeführt ist.FIG. 1 shows a possible beam path of an optical scanning head 1 in a multi-spot design with a multiplex objective. At the beginning of the beam path, a laser diode 2 is arranged, which in the selected exemplary embodiment emits coherent light with a wavelength of 650 nm. By means of a downstream beam former 3, an initially diverging, oval light beam B is converted into a diverging, round light beam BD for intensity centering. This diverging light beam BD then falls into a collimator 4, which transforms it into a linearly polarized, parallel light beam BP. An objective lens 5 with an integrated grating structure 6, which is designed as a multiplex objective 7, is arranged as the next element in the beam path.
Das Multiplexobjektiv 7 ist das Kernstück des als Multi-Spot DVD-Pickup ausgeführten Abtastkopfes 1 und spaltet den einfallenden Lichtstrahl BP in eine Vielzahl von Teilstrahlen B1 ( B2, B3 Bj auf, die alle zu einem eigenenThe multiplex lens 7 is the centerpiece of the scanning head 1 designed as a multi-spot DVD pickup and splits the incident light beam BP into a plurality of partial beams B 1 ( B 2 , B 3 Bj), all of which are separate
Fokuspunkt Pi, P2, P3 j führen. Die Anzahl der Teilstrahlen B-i, B2,Lead focus point Pi, P 2 , P 3 j. The number of partial beams Bi, B 2 ,
B3, Bj hängt von einer in das Multiplexobjektiv 7 integrierten Gitterstruktur 6 ab. Diese ist als komplexe, hier nicht weiter dargestellte Überlagerungsgitterstruktur 8 ausgeführt, die aus einer der Anzahl der aufgespaltenen Einzelstrahlen B ( B2, B3 Bj entsprechenden Anzahl von Einzelgitterstrukturen durch Superposition entwickelt ist. Weitere Einzelheiten hierzu sind den Erläuterungen zu den Figuren 2 und 3 zu entnehmen.B 3 , Bj depends on a grating structure 6 integrated in the multiplex objective 7. This is designed as a complex superposition grid structure 8, not shown here, which is developed by superposition from a number of individual grid structures corresponding to the number of split individual beams B ( B 2 , B 3 Bj). Further details are given in the explanations for FIGS. 2 and 3 refer to.
Die aufgeteilten Lichtstrahlen Bi, B2, B3 Bj treten noch durch einen Strahlteiler 9 hindurch, der als halbdurchlässiger Spiegel wirkt, ehe sie in den Fokuspunkten P-ι, P2, P3, P, auf die Oberfläche einer Datenspeicherplatte 10, beispielsweise einer DVD, auftreffen. In den Fokuspunkten Pi, P2, P3, Pi können dann Daten über den Abtastkopf 1 ein- und ausgelesen werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die Fokuspunkte Pi, P2, P3, Pj sowohl in unterschiedlichen Spuren Ti, T2, T Tj als auch in unterschiedlichen Schichten L|, L2, L3 Lj, so dass die DVD 10 mit einer maximalen Datenspeichermenge belegt und mit einer maximalen Abtastgeschwindigkeit bearbeitet werden kann. Die von den Datenpixeln reflektierten Teilstrahlen BRi, BR2, BR3> BRj werden von dem Strahlteiler 9 auf einen Spiegel 11 geleitet, der der Strahlumlenkung zur Platzeinsparung und zur Fokussierung für die Detektion mit einer Detektoranordnung 12 dient. Mit einer nachgeordneten Zylinderlinse 13 kann der Fokus am Detektionsort nachjustiert werden. Diese liefert auch die Regelgröße für einen hier nicht weiter dargestellten Fokussierungsaktuator für die Detektion. Die Detektoranordnung 12 besteht aus Einzeldetektoren Di, D2, D3 Dj, die den einzelnen Spuren T-ι, T2, T Tj und Schichten L-i, L2, L3,....Lj zugeordnet sind. Die Einzeldetektoren Di, D2, D3, Dj bestehen hier aus vier gleichberechtigten Quadranten, die über eine Auswertung der jeweils auftreffenden Signalpegel (im Bereich von ca. 10 μW) eine genaue Justage der Fokuspunkte P1 ( P2, P3, Pj und damit eine hochgenaue Justage des Abtastkopfes 1 zu der DVD 10, die gegebenenfalls Herstellungstoleranzen in ihren Spuren und Schichten aufweist, ermöglichen.The split light beams Bi, B 2 , B 3 Bj still pass through a beam splitter 9, which acts as a semitransparent mirror, before they reach the surface of a data storage disc at the focal points P-ι, P 2 , P 3 , P 10, for example a DVD. At the focal points Pi, P 2 , P 3 , Pi, data can then be read in and read out via the scanning head 1. In the illustrated embodiment, the focus points Pi, P 2 , P 3 , Pj lie both in different tracks Ti, T 2 , T Tj and in different layers L |, L 2 , L 3 Lj, so that the DVD 10 with a maximum Amount of data memory occupied and can be processed with a maximum scanning speed. The partial beams BRi, BR 2 , BR 3> BRj reflected by the data pixels are guided by the beam splitter 9 onto a mirror 11, which is used for beam deflection to save space and for focusing for detection with a detector arrangement 12. The focus at the detection site can be readjusted with a downstream cylindrical lens 13. This also provides the controlled variable for a focusing actuator for the detection (not shown further here). The detector arrangement 12 consists of individual detectors Di, D 2 , D 3 Dj, which are assigned to the individual tracks T-ι, T 2 , T Tj and layers Li, L 2 , L 3 , .... Lj. The individual detectors Di, D 2 , D 3 , Dj here consist of four quadrants with equal rights, which, by evaluating the respective signal levels (in the range of approx. 10 μW), precisely adjust the focus points P 1 ( P 2 , P 3 , Pj and thus allow a highly precise adjustment of the scanning head 1 to the DVD 10, which may have manufacturing tolerances in its tracks and layers.
Die Erzeugung einer Vielzahl von unterschiedlichen Fokuspunkten Pi, P2, P3, Pj wird bei dem Abtastkopf 1 durch den Einsatz des Multiplexobjektivs 7 ermöglicht, dessen Aufbau in den Figuren 2 und 3 ausschnittsweise dargestellt ist. Das Multiplexobjektiv 7 weist eine komplexe Überlagerungsgitterstruktur 20 auf, die aus einzelnen Segmenten Sn zusammengesetzt ist. Diese einzelnenThe generation of a large number of different focal points Pi, P 2 , P 3 , Pj is made possible in the scanning head 1 by using the multiplex objective 7, the construction of which is shown in detail in FIGS. 2 and 3. The multiplex objective 7 has a complex superimposed grating structure 20, which is composed of individual segments S n . This individual
Segmente Si, S2, S3, Sn entstammen unterschiedlichen, zur Fokussierung gekrümmten Einzelgitterstrukturen J-ι, J2, J3,....J,. Das in Figur 2 dargestellte Multiplexobjektiv 7 ist als Sammellinse 21 mit einem aufgebrachten Multiplexgitter 22 als Überlagerungsgitterstruktur 20 ausgebildet. Das Multiplexgitter 22 ist ein zusammengesetztes Gitter aus Einzelgittern J-ι, J2,Segments Si, S 2 , S 3 , S n come from different individual grating structures J-ι, J 2 , J 3 , .... J,. The multiplex objective 7 shown in FIG. 2 is designed as a converging lens 21 with an applied multiplex grating 22 as an overlay grating structure 20. The Multiplex grid 22 is a composite grid of individual grids J-ι, J 2 ,
J3 Jj. Bei diesen Gittern ist der erste Parameter die Gitterkonstante Ki, K2,Y 3 yy The first parameter for these grids is the lattice constant Ki, K 2 ,
K3,...Ki für die erzielbare Beugung. Der zweite Parameter k-ι, k2, k3,....kj ist die Lage der einzelnen Segmente Sι, S2, S3, Sn in den Einzelgittern Jj.K 3 , ... Ki for the achievable diffraction. The second parameter k-ι, k 2 , k 3 , .... kj is the position of the individual segments Sι, S 2 , S 3 , S n in the individual grids Jj.
Werden beispielsweise zur Erzeugung von zehn unterschiedlichen Fokuspunkten Pj zehn Einzelgitter Jj eingesetzt, so wird von jedem Einzelgitter Ji ein Zehntel der Segmente Sn in das Multiplexgitter 22 aufgenommen. Werden diese noch zusätzlich über einen Zufallsgenerator R unregelmäßig statistisch verteilt in der Überlagerungsgitterstruktur 20 angeordnet, ist eine optimale Erhaltung der parallelen Gitterfunktionen bei maximaler Unterdrückung von Übergitterstrukturen gewährleistet. Eine Erhöhung der Anzahl der Segmente Sn verbessert diese Eigenschaften noch weiter.If, for example, ten individual grids Jj are used to generate ten different focus points Pj, one tenth of the segments S n of each individual grille Ji is included in the multiplex grating 22. If these are additionally randomly and randomly arranged in the superimposed grid structure 20 via a random generator R, optimal maintenance of the parallel grid functions with maximum suppression of superlattice structures is ensured. Increasing the number of segments S n further improves these properties.
Analoges gilt für das Multiplexobjektiv 7 in Figur 3. Hierbei handelt es sich jedoch um eine segmentierte Fresnelzonenlinse 23, deren Überlagerungsgitterstruktur 20 als computer-generiertes Hologramm CGH ausgebildet ist. Der erste Parameter der die CGH-Linse 23 bildenden einzelnen Fresnelzonenlinsen FZL-i, FZL2, FZL3 FZLj ist die Brennweite f|, f2, f3,...fj. Der zweite Parameter F1( F2, F3,...Fj ist wiederum die Lage der einzelnen Segmente S , S2, S3,...Sn. Deren zufällige Verteilung in der Überlagerungsgitterstruktur 20 wird ebenfalls über einen Zufallsgenerator R erreicht. Eine solche CGH-Linse 23 weist besonders günstige Fokussierungs- eigenschaften bei gleicher Apertur der einzelnen Fresnelzonenlinsen FZLi,
Figure imgf000020_0001
The same applies to the multiplex objective 7 in FIG. 3. However, this is a segmented Fresnel zone lens 23, the superimposed grating structure 20 of which is designed as a computer-generated hologram CGH. The first parameter of the individual Fresnel zone lenses FZL-i, FZL 2 , FZL 3 FZLj forming the CGH lens 23 is the focal length f |, f 2 , f 3 , ... fj. The second parameter F 1 ( F 2 , F 3 ,... Fj is again the position of the individual segments S, S 2 , S 3 ,... S n . Their random distribution in the superimposed grid structure 20 is also determined via a random generator R. Such a CGH lens 23 has particularly favorable focusing properties with the same aperture of the individual Fresnel zone lenses FZLi,
Figure imgf000020_0001
In den Figuren 4 und 5 sind unterschiedliche Positionierungsmöglichkeiten derIn Figures 4 and 5 are different positioning options
Fokuspunkte P1f P2, P3, Pj dargestellt. In Figur 4 liegen alle Fokuspunkte Pi,Focus points P 1f P 2 , P 3 , Pj are shown. In Figure 4, all focus points Pi are
P2, P3 Pj in einer Schicht Lι, aber in unterschiedlichen Spuren Ti, T2, T3 Tj. Dazu sind die Brennweiten fi, f2, f3,...fj der Einzelgitterstrukturen Ji, J2,P 2 , P 3 Pj in a layer Lι, but in different traces Ti, T 2 , T 3 Tj. For this purpose, the focal lengths fi, f 2 , f 3 , ... fj of the individual grating structures Ji, J 2 ,
J3,....Jj oder FZLi, FZL2, FZL3, FZLj alle gleich, deren Beugungswinkel zur optischen Achse der Objektivlinse 7 jedoch unterschiedlich (off-axis). In FigurJ 3 , .... Jj or FZLi, FZL 2 , FZL 3 , FZLj all the same, their diffraction angles to optical axis of the objective lens 7, however, different (off-axis). In figure
5 liegen alle Fokuspunkte P-i, P2, P3, Pj sowohl in unterschiedlichen5 all focus points Pi, P 2 , P 3 , Pj are both in different
Schichten Lι,L2, L3,...Lj als auch in unterschiedlichen Spuren T-ι, T2, T3,....Tj. Dazu sind sowohl die Brennweiten f|, f2, f3,...fj der Einzelgitterstrukturen J1f J2, J3 Jj oder FZLi, FZL2, FZL3, FZLj als auch deren Beugungswinkel zur optischen Achse der Objektivlinse 7 unterschiedlich (off-axis). Bei dem nicht dargestellten Fall einer on-axis-Anordnung liegen die Spuren Ti, T2, T3 Tj alle in unterschiedlichen Schichten L-ι,L2, L3,...Lj direkt übereinander.Layers Lι, L 2 , L 3 , ... Lj as well as in different tracks T-ι, T 2 , T 3 , .... Tj. For this purpose, both the focal lengths f |, f 2 , f 3 , ... fj of the single grating structures J 1f J 2 , J 3 Jj or FZLi, FZL 2 , FZL 3 , FZLj and their diffraction angle to the optical axis of the objective lens 7 are different ( off-axis). In the case of an on-axis arrangement (not shown), the tracks Ti, T 2 , T 3 Tj all lie in different layers L-ι, L 2 , L 3 , ... Lj directly above one another.
Ein Abtastkopf 30 zur getrennten Abtastung einer einzelnen Schicht Lj einer DVD 31 ist in der Figur 6 dargestellt. Der wesentliche Unterschied zu dem bisher erläuterten Abtastkopf liegt hier in der Anordnung eines zusätzlichen Strahlteilers 32 in einer Position I vor einem Kollimator 33 oder in einer Position II hinter dem Kollimator 33. Der zusätzliche Strahlteiler 32 bewirkt eine Aufteilung des aus einer Laserdiode 34 mit der Wellenlänge λj austretenden Lichtstrahls B in eine der gewählten Gitterstruktur entsprechende Anzahl von Teilstrahlen B-i, B2, B3,...Bj. Deren Fokuspunkte Pi, P2, P3,—Pi liegen dann in der Schicht Lj der DVD 31. Dazu durchlaufen sie zuvor noch einen Polarisations-Strahlteiler 35 mit einer nachgeschalteten λ/4-Platte 36 und eine einfache Objektivlinse 37 als diffraktives optisches Element (DOE, beispielsweise Fresnellinse). Durch Veränderung der Positionierung des zusätzlichen Strahlteilers 32 in Richtung des Strahlengangs können die Fokuspunkte Pj genau justiert werden. Sowohl der Kollimator 33 als auch eine Fokussierungseinrichtung 38 für eine Detektoreinrichtung 39 für die Wellenlänge λj sind mit zusätzlichen Gitterstrukturen Jj ausgebildet.A scanning head 30 for separate scanning of a single layer Lj of a DVD 31 is shown in FIG. The essential difference from the previously described scanning head lies in the arrangement of an additional beam splitter 32 in a position I in front of a collimator 33 or in a position II behind the collimator 33. The additional beam splitter 32 causes the wavelength of a laser diode 34 to be divided λj emerging light beam B into a number of partial beams Bi, B 2 , B 3 , ... Bj corresponding to the selected grating structure. The focal points Pi, P 2 , P 3 , -Pi then lie in the layer Lj of the DVD 31. For this purpose, they first pass through a polarization beam splitter 35 with a downstream λ / 4 plate 36 and a simple objective lens 37 as a diffractive optical element (DOE, for example Fresnel lens). By changing the positioning of the additional beam splitter 32 in the direction of the beam path, the focus points Pj can be precisely adjusted. Both the collimator 33 and a focusing device 38 for a detector device 39 for the wavelength λj are designed with additional grating structures Jj.
Im gewählten Ausführungsbeispiel ist der zusätzliche Strahlteiler 32 als einfaches Transmissionsgitter ausgeführt. Es kann sich hierbei aber auch um ein refraktives oder diffraktives Ablenkelement (RAE, DAE) oder um einen akusto-optischen Modulator (AOM) handeln. Bei Verwendung eines Ablenkelements kann dieses zusätzlich über eine Flüssigkristallzelle in seiner optischen Wirkung steuerbar ausgeführt sein (RSAE, DSAE).In the selected embodiment, the additional beam splitter 32 is designed as a simple transmission grating. However, this can also be a refractive or diffractive deflection element (RAE, DAE) or an acousto-optical modulator (AOM). When using a Deflection elements can also be designed to be controllable in their optical effect via a liquid crystal cell (RSAE, DSAE).
Analog zu dem Abtastkopf 30 mit einer Abtastmöglichkeit in einer Schicht ist ein Abtastkopf zu sehen, der in verschiedenen Schichten in je einer Spur abtasten kann. Als Weiterbildung davon ist in Figur 7 ein Abtastkopf 40 dargestellt, der die Möglichkeit des synchronen Abtastens mehrerer paralleler Spuren Tj in mehreren Schichten Lj erlaubt. Dieser weist zunächst für die Funktion des Schichtenabtastens als wesentlichen Unterschied zu den beiden vorangegangenen Abtastköpfen 20 und 30 eine Vielzahl von Laserdioden LDi, LD2, LD3,....LDj auf, deren Wellenlängen λ-i, λ2, λ3,.... λj eng benachbart liegen. Die Aufspaltung jedes Lichtstrahls Bn in Teilstrahlen Bnι, Bn2, Bn3,...Bnj erfolgt über eine als DOE-Linse ausgebildete Objektivlinse 41 , beispielsweise in Form einer einfachen (oder segmentierten) Fresnellinse. Diese besitzt die Eigenschaft, dass ihre Brennweite umgekehrt proportional zur Wellenlänge des auftreffenden Lichts ist. Durch die Verwendung mehrerer Wellenlängen λi, λ2, λ3 λj können daher mehrere Schichten Lj gleichzeitig ausgelesen werden.Analogous to the scanning head 30 with a scanning option in one layer, a scanning head can be seen which can scan in different layers in one track each. As a further development of this, a scanning head 40 is shown in FIG. 7, which allows the possibility of synchronously scanning several parallel tracks Tj in several layers Lj. For the function of layer scanning, as a significant difference to the two preceding scanning heads 20 and 30, this has a large number of laser diodes LDi, LD 2 , LD 3 , .... LDj, whose wavelengths λ-i, λ 2 , λ 3 , .... λj are closely adjacent. Each light beam B n is split into partial beams B n ι, B n2 , B n3 ,... B n j via an objective lens 41 designed as a DOE lens, for example in the form of a simple (or segmented) Fresnel lens. This has the property that its focal length is inversely proportional to the wavelength of the incident light. By using several wavelengths λi, λ 2 , λ 3 λj, several layers Lj can therefore be read out simultaneously.
Durch eine Variation (λj ± Δ λj) jeder Wellenlänge λi, λ2, λ3 λj kann jederBy varying (λj ± Δ λj) each wavelength λi, λ 2 , λ 3 λj everyone can
Strahl Bnι, Bn2, Bn3,...Bnj auf der jeweiligen Schicht Lj gegebenenfalls nachjustiert werden.Beam B n ι, B n2 , B n3 , ... B n j on the respective layer Lj can be readjusted if necessary.
Mit dem dargestellten Abtastkopf 40 können nun in den verschiedenen Schichten Lj auch gleichzeitig mehrere Spuren Tj abgetastet werden. Dazu ist hinter jeder Laserdiode LDj ein zusätzlicher Strahlteiler BS-ι, BS2, BS3,...BSj angeordnet, der jeden Lichtstrahl Bn in Teilstrahlen Bnι, Bn2, Bn3,...Bni jeweils gleicher Wellenlänge λj aufspaltet, die dann gruppenweise von der Objektivlinse 41 in Abhängigkeit ihrer Wellenlängen λj unterschiedlich gebeugt werden. Die weiteren im Zusammenhang mit den zusätzlichen Strahlteilern BS-i, BS2, BS3,...BSj erforderlichen Maßnahmen entsprechen denen in der Figur 6. Eine Detektoranordnung 42 besteht bei diesem Abtastkopf 40 aus einer Detektorreihe pro Wellenlänge λj. Die Anzahl der Einzeldetektoren Di, D2, D3, Dj pro Reihe entspricht wiederum der durch die zusätzlichenWith the scanning head 40 shown, several tracks Tj can now be scanned simultaneously in the different layers Lj. For this purpose, an additional beam splitter BS-ι, BS 2 , BS 3 , ... BSj is arranged behind each laser diode LDj, which each beam B n in partial beams B n ι, B n 2, B n3 , ... B ni the same Wavelength λj splits, which are then diffracted in groups by the objective lens 41 depending on their wavelengths λj. The further measures required in connection with the additional beam splitters BS-i, BS 2 , BS 3 ,... BSj correspond to those in FIG. 6. A detector arrangement 42 in this scanning head 40 consists of one row of detectors per wavelength λj. The number of individual detectors Di, D 2 , D 3 , Dj per row corresponds to that of the additional ones
Strahlteiler entstandene Anzahl von Teilstrahlen gleicher Wellenlänge λj.Beam splitter number of partial beams of the same wavelength λj.
BezugszeichenlisteReference list
I . optischer Abtastkopf 2. LaserdiodeI. optical scanning head 2nd laser diode
3. Strahlformer3. Beamformer
4. Kollimator4. Collimator
5. Objektivlinse5. Objective lens
6. integrierte Gitterstruktur 7. Multiplexobjektiv6. integrated grating structure 7. multiplex lens
8. Überlagerungsgitterstruktur8. Overlay lattice structure
9. Strahlteiler9. Beam splitter
10. Datenspeicherplatte10. Data storage disk
I I . Spiegel 12. DetektoranordnungI I. Mirror 12. Detector arrangement
13. Zylinderlinse13. Cylinder lens
20. Überlagerungsgitterstruktur20. Overlay lattice structure
21. Sammellinse21. converging lens
22. Multiplexgitter 23. segmentierte Fresnelzonenlinse22. Multiplex grating 23. Segmented Fresnel zone lens
30. optischer Abtastkopf30. optical scanning head
31. DVD31. DVD
32. zusätzlicher Strahlteiler32. additional beam splitter
33. Kollimator 34. Laserdiode33. collimator 34. laser diode
35. Polarisations-Strahlteiler35. Polarization beam splitter
36. λ/4-Platte 37. Objektivlinse36. λ / 4 plate 37. Objective lens
38. Fokussierungseinnchtung38. Focusing device
39. Detektoreinrichtung39. Detector device
40. optischer Abtastkopf 41. Objektivlinse40. optical scanning head 41. objective lens
42. Detektoranordnung42. Detector arrangement
B LichtstrahlB light beam
Bn LichtstrahlB n light beam
B1 f B2, B3, Bj Teilstrahl Bnι, Bn2, Bn3,...Bni TeilstrahlB 1 f B 2 , B 3 , Bj partial beam B n ι, B n2 , B n3 , ... B n i partial beam
BD divergierender LichtstrahlBD diverging light beam
BP linear polarisierter LichtstrahlBP linearly polarized light beam
BRL BR2, BR3, BRi reflektierter TeilstrahlBRL BR 2 , BR 3 , BRi reflected partial beam
BSi, BS2, BS3,...BSi zusätzlicher Strahlteiler DL D2, D3 Dj Einzeldetektor fi, f2, f3,...fι BrennweiteBSi, BS 2 , BS 3 , ... BSi additional beam splitter DL D 2 , D 3 Dj single detector fi, f 2 , f 3 , ... fι focal length
Fi, F2, F3,...Fj LageparameterFi, F 2 , F 3 , ... Fj position parameters
FZLi, FZL2, FZL3 FZLj einzelne FresnelzonenlinseFZLi, FZL 2 , FZL 3 FZLj single Fresnel zone lens
Ji, J2, J3, Jj Einzelgitterstruktur ki, k2, k3, kj LageparameterJi, J 2 , J 3 , Jj single lattice structure ki, k 2 , k 3 , kj position parameters
K1, K2, K3,...Ki Gitterkonstante λi, λ2, λ3,.... λi Wellenlänge i, L2, L3 Li SchichtK 1 , K 2 , K 3 , ... Ki grating constant λi, λ 2 , λ 3 , .... λi wavelength i, L 2 , L 3 Li layer
LDi, LD2, LD3,....LDi Laserdioden Pi, P2, P3, Pi FokuspunktLDi, LD 2 , LD 3 , .... LDi laser diodes Pi, P 2 , P 3 , Pi focus point
R ZufallsgeneratorR random generator
S1. S2. S3 Sn SegmentS1. S2. S3 S n segment
Tι, T2, T3, Spur Tι, T 2 , T 3 , track

Claims

Patentansprüche claims
1. Optischer Abtastkopf (1 ) für mehrschichtige Datenspeicherplatten (10) mit einem Fokus-justierbaren optischen Strahlengang, in dem zumindest ein Kollimator (4), eine Objektivlinse (5,7,21 ,23), ein Strahlteiler (9) und eine Fokussierungsanordnung (13) enthalten sind, mit mindestens einer Laserdiode (2) am Anfang sowie einer Detektoranordnung (12) am Ende des Strahlengangs und mit einer in den Strahlengang integrierten Gitterstruktur (6,22) zur diffraktiven Erzeugung einer zumindest der Speicherschichtanzahl (L entsprechenden Anzahl von Fokuspunkten (Pi) zur gleichzeitigen Erfassung unterschiedlicher Datenspeicherorte, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer die Mindestanzahl überschreitenden Anzahl von Fokuspunkten (P1 ( P2, P3 Pi) die Objektivlinse (5,7,21 ,23) die integrierte Gitterstruktur (6,22) in Form einer komplexen Überlagerungsgitterstruktur1. Optical scanning head (1) for multilayer data storage disks (10) with a focus-adjustable optical beam path, in which at least one collimator (4), an objective lens (5, 7, 21, 23), a beam splitter (9) and a focusing arrangement (13) are included, with at least one laser diode (2) at the beginning and a detector arrangement (12) at the end of the beam path and with a grating structure (6, 22) integrated in the beam path for the diffractive generation of at least a number of storage layers (L) Focus points (Pi) for the simultaneous acquisition of different data storage locations, characterized in that, in order to generate a number of focus points (P 1 ( P 2 , P 3 Pi) exceeding the minimum number), the objective lens (5, 7, 21, 23) has the integrated grating structure (6 , 22) in the form of a complex overlay lattice structure
(8,20) aus einer der Anzahl der zu erzeugenden Fokuspunkte (P1 ( P2, P3 Pi) entsprechenden Anzahl von unterschiedlichen, gekrümmten Einzelgitterstrukturen (J-i, J2, J3 Ji) in Form einzelner Segmente (S-i, S2, S3, Sn) aufweist, die unregelmäßig statistisch verteilt (R) in der Überlagerungs- gitterstruktur (8,20) angeordnet sind.(8, 20) from a number of different, curved individual lattice structures (Ji, J 2 , J 3 Ji) corresponding to the number of focus points (P 1 ( P 2 , P 3 Pi)) in the form of individual segments (Si, S 2 , S 3 , S n ), which are arranged in an irregular, statistically distributed (R) manner in the superposition grid structure (8, 20).
2. Optischer Abtastkopf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (S1, S2, S3 S„) der Einzelgitterstrukturen (J^ J2, J3,....Ji) geometrisch, insbesondere quadratisch begrenzt sind.2. Optical scanning head according to claim 1, characterized in that the segments (S 1 , S 2 , S 3 S ") of the individual grating structures (J ^ J 2 , J 3 , .... Ji) are geometrically, in particular square limited.
3. Optischer Abtastkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer die Mindestanzahl überschreitenden Anzahl von Fokuspunkten (Pi, P2, P3 Pi) auf verschiedenen Spuren (T^ T2, T3, Tj) in einer Speicherschicht (Lj) die Brennweiten (fi, f2, f3,...fi) der Einzelgitterstrukturen (J1 ( J2, J3,....Ji) alle gleich und deren Beugungswinkel zur optischen Achse der Objektivlinse (5,7,21 ,23) unterschiedlich sind.3. Optical scanning head according to claim 1 or 2, characterized in that for generating a number of focus points (Pi, P 2 , P 3 Pi) exceeding the minimum number on different tracks (T ^ T 2 , T 3 , Tj) in a storage layer (Lj) the focal lengths (fi, f 2 , f 3 , ... fi) of the Single grating structures (J 1 ( J 2 , J 3 , .... Ji) all the same and their diffraction angles to the optical axis of the objective lens (5,7,21, 23) are different.
4. Optischer Abtastkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer die Mindestanzahl überschreitenden Anzahl von4. Optical scanning head according to claim 1 or 2, characterized in that to generate a number exceeding the minimum number of
Fokuspunkten (P1 ( P2, P3 Pj) auf verschiedenen Spuren (Ti, T2, T3, Tj) in unterschiedlichen Speicherschichten (Li, L2, L3 Lj) die Brennweiten (f1 ( f2, f3,...fi) der Einzelgitterstrukturen (Ji, J2, J3 Jj) und deren Beugungswinkel zur optischen Achse der Objektivlinse (5,7,21 ,23) unterschiedlich sind.Focal points (P 1 ( P 2 , P 3 Pj) on different tracks (Ti, T 2 , T 3 , Tj) in different storage layers (Li, L 2 , L 3 Lj) the focal lengths (f 1 ( f 2 , f 3 , ... fi) of the individual grating structures (Ji, J 2 , J 3 Jj) and their diffraction angles to the optical axis of the objective lens (5, 7, 21, 23) are different.
5. Optischer Abtastkopf nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektivlinse (6) als Multiplexobjektiv (7) mit einem auf eine Sammellinse (21 ) aufgebrachten Multiplexgitter (22) als Überlagerungsgitterstruktur (8) ausgebildet ist.5. Optical scanning head according to at least one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the objective lens (6) is designed as a multiplex objective (7) with a multiplex grating (22) applied to a converging lens (21) as a superimposed grating structure (8).
6. Optischer Abtastkopf nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektivlinse (6) als Multiplexobjektiv (7) mit einem als segmentierte Fresnelzonenlinse (23) ausgebildeten computergenerierten Hologramm (CGH) als Überlagerungsgitterstruktur (8) ausgebildet ist.6. Optical scanning head according to at least one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the objective lens (6) is designed as a multiplex objective (7) with a computer-generated hologram (CGH) designed as a segmented Fresnel zone lens (23) as a superimposed grating structure (8).
7. Optischer Abtastkopf (30) für mehrschichtige Datenspeicherplatten (31 ) mit einem Fokus-justierbaren optischen Strahlengang, in dem zumindest ein Kollimator (33), eine Objektivlinse (37), ein Strahlteiler (35) und eine Fokussierungsanordnung (38) enthalten sind, mit mindestens einer Laserdiode (34) am Anfang sowie einer Detektoranordnung (39) am Ende des Strahlengangs und mit einer in den Strahlengang integrierten Gitterstruktur zur diffraktiven Erzeugung einer zumindest der Speicherschichtanzahl (Lj) _7. optical scanning head (30) for multilayer data storage disks (31) with a focus-adjustable optical beam path, in which at least one collimator (33), an objective lens (37), a beam splitter (35) and a focusing arrangement (38) are contained, With at least one laser diode (34) at the beginning and a detector arrangement (39) at the end of the beam path and with a grating structure integrated in the beam path for the diffractive generation of at least the number of storage layers (Lj) _
2525
entsprechenden Anzahl von Fokuspunkten (Pj) zur gleichzeitigen Erfassung unterschiedlicher Datenspeicherorte, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer die Mindestanzahl überschreitenden Anzahl von Fokuspunkten (Pi, P2, P3, Pi) auf verschiedenen Spuren (Ti, T2, T3, Tj) in einer Speicherschicht (L) vor oder hinter (I; II) dem Kollimator (33) ein zusätzlicher Strahlteiler (32) angeordnet ist, dessen Position in Richtung (x) des Strahlengangs veränderbar ist, der erste Strahlteiler (9) als Polarisations- Strahlteiler (35) mit einer nachgeordneten Polarisationsplatte (36), die Objektivlinse (37) als diffraktives optisches Element (DOE) und der Kollimator (33) mit einer Gitterstruktur ausgebildet sind.Corresponding number of focus points (Pj) for the simultaneous acquisition of different data storage locations, characterized in that in order to generate a number of focus points (Pi, P 2 , P 3 , Pi) exceeding the minimum number on different tracks (Ti, T 2 , T 3, Tj ) an additional beam splitter (32) is arranged in a storage layer (L) in front of or behind (I; II) the collimator (33), the position of which can be changed in the direction (x) of the beam path, the first beam splitter (9) as a polarization Beam splitter (35) with a downstream polarizing plate (36), the objective lens (37) as a diffractive optical element (DOE) and the collimator (33) with a grating structure.
8. Optischer Abtastkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Strahlteiler (32) als einfaches Transmissionsgitter, als diffraktives und/oder refraktives Ablenkelement (DAE, RAE) oder als akusto- optischer Modulator (AOM) ausgebildet ist.8. Optical scanning head according to claim 7, characterized in that the additional beam splitter (32) is designed as a simple transmission grating, as a diffractive and / or refractive deflection element (DAE, RAE) or as an acousto-optical modulator (AOM).
9. Optischer Abtastkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablenkelement (DSAE, RSAE) mittels einer Flüssigkristallzelle in seiner optischen Wirkung steuerbar ist.9. Optical scanning head according to claim 8, characterized in that the deflection element (DSAE, RSAE) can be controlled in its optical effect by means of a liquid crystal cell.
10. Optischer Abtastkopf (40) für mehrschichtige Datenspeicherplatten mit einem Fokus-justierbaren optischen Strahlengang, in dem zumindest ein10. Optical scanning head (40) for multilayer data storage disks with a focus-adjustable optical beam path in which at least one
Kollimator, eine Objektivlinse (41 ), ein Strahlteiler und eine Fokussierungsanordnung (13) enthalten sind, mit mindestens einer Laserdiode (2, LDj) am Anfang sowie einer Detektoranordnung (12) am Ende des Strahlengangs und mit einer in den Strahlengang integrierten Gitterstruktur (6) zur diffraktiven Erzeugung einer zumindest der Speicherschichtanzahl (Li) entsprechenden Anzahl von Fokuspunkten (Pi) zur gleichzeitigen Erfassung unterschiedlicher Datenspeicherorte, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer die Mindestanzahl überschreitenden Anzahl vonCollimator, an objective lens (41), a beam splitter and a focusing arrangement (13) are included, with at least one laser diode (2, LDj) at the beginning and a detector arrangement (12) at the end of the beam path and with a grating structure (6 ) for the diffractive generation of a number of focus points (Pi) corresponding at least to the number of storage layers (Li) for simultaneous detection of different data storage locations, characterized in that in order to generate a number exceeding the minimum number
Fokuspunkten (Pi, P2) P3 Pi) in unterschiedlichen Speicherschichten (Li, L2,Focal points (Pi, P 2) P 3 Pi) in different storage layers (Li, L 2 ,
L3 L,) eine der Anzahl der Fokuspunkte entsprechende Anzahl von unterschiedlichen abstimmbaren Laserdioden (LDi, LD2, LD3,....LD,) eng benachbarter Wellenlängen (λi, λ , λ3,.... λ:) vorgesehen sind, die gleichzeitig betreibbar sind, und der erste Strahlteiler (9) als Polarisations-Strahlteiler (35) mit einer nachgeordneten Polarisationsplatte (36), die Objektivlinse (37) als diffraktives optisches Element (DOE) und der Kollimator (33) mit einer Gitterstruktur ausgebildet sind.L 3 L,) a number of different tunable laser diodes (LDi, LD 2 , LD 3 , .... LD,) corresponding to the number of focus points of closely adjacent wavelengths (λi, λ, λ 3 , .... λ :) are provided, which can be operated simultaneously, and the first beam splitter (9) as a polarization beam splitter (35) with a downstream polarizing plate (36), the objective lens (37) as a diffractive optical element (DOE) and the collimator (33) with a Grid structure are formed.
11. Optischer Abtastkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer die Mindestanzahl überschreitenden Anzahl von Fokuspunkten (P , P , P3, P,) auf jeweils mehreren parallelen Spuren (Ti, T2,11. Optical scanning head according to claim 10, characterized in that in order to generate a number of focus points (P, P, P 3 , P,) which exceeds the minimum number, in each case a plurality of parallel tracks (Ti, T 2 ,
T3, T,) in unterschiedlichen Speicherschichten (Li, L2, L3,....L) hinter jederT 3 , T,) in different storage layers (Li, L 2 , L 3 , .... L) behind each
Laserdiode (LDi, LD2, LD3,....LD,) ein zusätzlicher Strahlteiler (BSi, BS2, BS3,...BS|) angeordnet ist, dessen Position in Richtung (x) des Strahlengangs veränderbar ist.Laser diode (LDi, LD 2 , LD 3 , .... LD,) an additional beam splitter (BSi, BS 2 , BS 3 , ... BS |) is arranged, the position of which can be changed in the direction (x) of the beam path.
12. Optischer Abtastkopf nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Strahlteiler (BSi, BS2, BS3,...BSj) als einfaches Transmissionsgitter, als diffraktives und/oder refraktives Ablenkelement (DAE, RAE) oder als akusto-optischer Modulator (AOM) ausgebildet ist.12. Optical scanning head according to claim 11, characterized in that the additional beam splitter (BSi, BS 2 , BS 3 , ... BSj) as a simple transmission grating, as a diffractive and / or refractive deflection element (DAE, RAE) or as an acousto-optical Modulator (AOM) is formed.
13. Optischer Abtastkopf nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablenkelement (DSAE, RSAE) mittels einer Flüssigkristallzelle in seiner optischen Wirkung steuerbar ist. 13. Optical scanning head according to claim 12, characterized in that the deflection element (DSAE, RSAE) can be controlled in its optical effect by means of a liquid crystal cell.
PCT/DE1999/004117 1998-12-22 1999-12-20 Optical scanning head for data storage disks WO2000038183A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1998160563 DE19860563C2 (en) 1998-12-22 1998-12-22 Optical scanning head for data storage disks
DE19860563.3 1998-12-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2000038183A2 true WO2000038183A2 (en) 2000-06-29
WO2000038183A3 WO2000038183A3 (en) 2000-11-09

Family

ID=7893015

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE1999/004117 WO2000038183A2 (en) 1998-12-22 1999-12-20 Optical scanning head for data storage disks

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE19860563C2 (en)
WO (1) WO2000038183A2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10125870B4 (en) * 2001-05-26 2006-09-14 Lutz Dr. Kipp Optical element for imaging objects and / or for focusing electromagnetic radiation or rays of elementary particles and its use
DE10344504A1 (en) 2003-09-24 2005-05-25 Deutsche Thomson-Brandt Gmbh Scanning device for a device for reading or writing optical record carriers
US20100103798A1 (en) * 2006-11-10 2010-04-29 Gore Makarand P Optical data recording and imaging on media using apochromatic lenses and a light separating means
WO2010060460A1 (en) * 2008-11-25 2010-06-03 Institut De Ciències Fotòniques, Fundació Privada Device for multispectral and spatial shaping

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4455061A (en) * 1980-07-31 1984-06-19 The Regents Of The University Of Minnesota Multi-faceted holographic optical element and methods of making and using same
US5481407A (en) * 1993-09-14 1996-01-02 Litel Instruments Apparatus and process for using Fresnel zone plate array for processing materials
US5502707A (en) * 1992-02-21 1996-03-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Diffraction grating and optical pickup apparatus with diffracting grating
US5526336A (en) * 1995-01-24 1996-06-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical pickup for optical disk having multiple recording layers
US5548418A (en) * 1994-01-14 1996-08-20 Dcs Corporation Holographic structured light generator
US5629917A (en) * 1994-12-05 1997-05-13 Kamatani; Yasuo Integrated optical pick-up emits light beams of selective wavelengths to an optical disk with multiple data layers

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5838496A (en) * 1995-08-28 1998-11-17 Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha Diffractive multi-focal objective lens
DE19636595C2 (en) * 1996-09-10 1999-10-07 Fraunhofer Ges Forschung Method and device for reading optical storage media

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4455061A (en) * 1980-07-31 1984-06-19 The Regents Of The University Of Minnesota Multi-faceted holographic optical element and methods of making and using same
US5502707A (en) * 1992-02-21 1996-03-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Diffraction grating and optical pickup apparatus with diffracting grating
US5481407A (en) * 1993-09-14 1996-01-02 Litel Instruments Apparatus and process for using Fresnel zone plate array for processing materials
US5548418A (en) * 1994-01-14 1996-08-20 Dcs Corporation Holographic structured light generator
US5629917A (en) * 1994-12-05 1997-05-13 Kamatani; Yasuo Integrated optical pick-up emits light beams of selective wavelengths to an optical disk with multiple data layers
US5526336A (en) * 1995-01-24 1996-06-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical pickup for optical disk having multiple recording layers

Also Published As

Publication number Publication date
WO2000038183A3 (en) 2000-11-09
DE19860563C2 (en) 2001-09-06
DE19860563A1 (en) 2000-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69720641T2 (en) Process for recording and reproducing an optical recording medium, objective lens and method of producing the objective lens
DE69630381T2 (en) OPTICAL DATA STORAGE MEDIUM AND METHOD FOR ITS RECORDING AND REPLAYING
DE19513273B4 (en) Opto-magnetic head assembly
DE69233591T2 (en) light scanning
DE69724541T2 (en) OPTICAL SCANNER AND OPTICAL RECORDING DEVICE
DE3335142C2 (en) Optical playback device
CH660810A5 (en) ARRANGEMENT FOR WRITING AND READING DATA TRACKS IN AN OPTICAL RECORDER.
DE112008000450T5 (en) Light source device, observation device and processing device
DE19643105A1 (en) Device for reading or writing to an optical record carrier
DE1931260A1 (en) Method for reproducing a hologram which performs the function of a complex wave-changing arrangement operating according to optical principles, with high fidelity
DE10116059A1 (en) Lithograph with moving lens and method for producing digital holograms in a storage medium
DE60210327T2 (en) OPTICAL SCANNER
CH661375A5 (en) OPTICAL FOCUS ERROR DETECTOR SYSTEM.
DE60219568T2 (en) Optical scanning device and method for adjusting the optical axis
DE69728313T2 (en) Multifocal lens, multifocal optical scanning device and optical information reproducing device
DE602004010995T2 (en) Apparatus and method for recording and reproducing holograms with a mask
DE19860563C2 (en) Optical scanning head for data storage disks
DE602004009807T2 (en) OPTICAL RECORDING CARRIER
EP2111619A1 (en) Apparatus and method for the production of a hologram in an optical medium
DE60132147T2 (en) Optical scanning device
DE19720416C2 (en) Optical sensor that can hold disks of different thicknesses
DE102004043992A1 (en) Data carrier e.g. DVD, tracks scanning arrangement, has two light detectors to detect null signal during photometric balance, where information about depth position of carrier is determined based on sign and magnitude of detected signal
WO2009063073A1 (en) Method for detecting/generating a plurality of holograms in a storage medium, device for detecting and system for generating a plurality of holograms in a storage medium
DE19638878A1 (en) Recording or reproducing apparatus for recording on or reproducing from an optical recording medium
DE4330794A1 (en) Optical head unit for read write disc systems - directs optical beam through lens and prism arrangement to be reflected off disc and to be received by photodetectors coupled to processor.

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): CA CN JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
AK Designated states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): CA CN JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

122 Ep: pct application non-entry in european phase