DE60217379T2

DE60217379T2 - Optischer abtaster

Info

Publication number: DE60217379T2
Application number: DE60217379T
Authority: DE
Inventors: T. Petrus JUTTE; M. Jacobus VAN DEN EERENBEEMD
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2022-10-17
Also published as: AU2002337470A1; CN1571994A; EP1440347B1; WO2003034143A3; US20050001141A1; US7164624B2; EP1440347A2; ATE350688T1; JP2005505880A; DE60217379D1; WO2003034143A2; CN1252688C; KR20040047908A

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Abtasteinrichtung zum Abtasten einer Informationsschicht, wobei die Einrichtung (a) eine Strahlungsquelle zum Liefern eines ersten Strahlenbündels, (b) ein Linsensystem zum Umwandeln des ersten Strahlenbündels in einen Abtastlichtpunkt in der Informationsschicht, wobei das Linsensystem eine optische Achse aufweist, und (c) ein Erfassungssystem enthält, das Folgendes umfasst:

– ein Astigmatismus-Erzeugungselement zum Erzeugen eines ersten Betrags an Astigmatismus W₁, um das erste Strahlenbündel in ein erstes astigmatisches Strahlenbündel mit einer ersten Brennlinie und einer zweiten Brennlinie, die von dem Astigmatismus-Erzeugungselement weiter entfernt ist als die erste Brennlinie, umzuwandeln, wobei der erste Betrag an Astigmatismus durch einen Vektor (W_o,1, θ₁) in einer Referenzebene, die senkrecht zur optischen Achse verläuft, dargestellt wird und W_o,1 den Wert von W₁ und θ₁ den Winkel zwischen der ersten Brennlinie und einer Referenzachse, die senkrecht zur optischen Achse verläuft, darstellen,
– ein Astigmatismus-Korrekturelement zum Erzeugen eines zweiten Betrags an Astigmatismus W₂, um ein auftreffendes nicht astigmatisches Strahlenbündel in ein austretendes astigmatisches Strahlenbündel mit einer dritten Brennlinie und einer vierten Brennlinie, die von dem Astigmatismus-Korrekturelement weiter entfernt ist als die dritte Brennlinie, umzuwandeln, wobei der zweite Betrag an Astigmatismus durch einen Vektor (W_o,2 θ₂) in der Referenzebene dargestellt wird und W_o,2 den Wert von W₂ und θ₂ den Winkel zwischen der dritten Brennlinie und der Referenzachse, die senkrecht zur optischen Achse verläuft, darstellen, und wobei das Astigmatismus-Korrekturelement ausgebildet ist, das erste astigmatische Strahlenbündel in ein zweites astigmatisches Strahlenbündel mit einem dritten Betrag an Astigmatismus W₃ und einer fünften Brennlinie und einer sechsten Brennlinie, die von dem Astigmatismus-Korrekturelement weiter entfernt ist als die fünfte Brennlinie, umzuwandeln, wobei der dritte Betrag an Astigmatismus durch einen Vektor (W_o,3, θ₃) in der Referenzebene dargestellt wird und W_o,3 den Wert von W₃ und θ₃ den Winkel zwischen der fünften Brennlinie und der Referenzachse, die senkrecht zur optischen Achse verläuft, darstellen, und
– einen Detektor zum Umwandeln des zweiten astigmatischen Strahlenbündels in ein elektrisches Signal.

In der vorliegenden Beschreibung bezeichnet „Abtasten einer Informationsschicht" das Abtasten mit einem Strahlenbündel zum Lesen von Informationen von der Informationsschicht („Lesebetriebsart"), zum Schreiben von Informationen in die Informationsschicht („Schreibbetriebsart") und/oder zum Löschen von Informationen aus der Informationsschicht.
In der vorliegenden Beschreibung ist ein Betrag an Astigmatismus folgendermaßen gekennzeichnet. Es wird ein optisches Element betrachtet, das eine optische Achse, eine Eintrittsfläche und eine Austrittsfläche aufweist, wobei das optische Element einen Betrag an Astigmatismus W erzeugt, um ein auftreffendes nicht astigmatisches Strahlenbündel in ein austretendes astigmatisches Strahlenbündel mit einer ersten Brennlinie und einer zweiten Brennlinie, die von der Austrittsfläche weiter entfernt ist als die erste Brennlinie, umzuwandeln. Der Betrag an Astigmatismus W wird durch einen Vektor (W_o, θ) in einer Referenzebene (XY), die senkrecht zur optischen Achse verläuft, dargestellt, wobei W_o den Wert von W darstellt und θ ein Winkel ist, der die Richtung von W darstellt. Der Wert W_o wird durch einen Seidel-Koeffizienten dargestellt; er kann alternativ durch einen Zernike-Koeffizienten, einen Spitzenwert der Wellenfront-Aberration, den „Astigmatismus-Abstand" oder die longitudinale Aberration (die dem Abstand zwischen der ersten und der zweiten Brennlinie entspricht) dargestellt werden. Der Winkel θ wird durch den Winkel zwischen der Richtung der ersten Brennlinie und einer Referenzachse (X), die senkrecht zur optischen Achse verläuft, dargestellt.
Allgemein gesagt ist es wichtig, den Abtastlichtpunkt auf Spur zu halten, d. h. ihn im Brennpunkt auf der abzutastenden Informationsschicht und auf der Mittellinie der abzutastenden Spur zu halten. Für eine gegebene Spur bedeutet im Folgenden die „radiale Richtung" die Richtung zwischen der Spur und dem Mittelpunkt der Scheibe, und die „tangentiale Richtung" bedeutet die Richtung, die tangential zur Spur und senkrecht zur radialen Richtung verläuft.
Um den Abtastlichtpunkt im Brennpunkt auf der abzutastenden Informationsschicht zu halten, wird gewöhnlich ein „Brennpunktfehlersignal" gemäß dem so genannten „Astigmatismus-Verfahren" gebildet, das u. a. aus dem Buch „Principles of Optical Disc Systems", S. 75–80 (Adam Hilger 1985) (ISBN 0-85274-785-3) von G. Bouwhuis, J. Braat, A. Huijser et al. bekannt ist. Dieses Verfahren basiert auf einer optischen Aberrati on mit der Bezeichnung Astigmatismus, die in den optischen Weg des Strahlenbündels bewusst eingeführt wird. Insbesondere wandelt das Astigmatismus-Erzeugungselement das Strahlenbündel in ein Strahlenbündel mit einem Astigmatismus um, der einen Winkel (von vorzugsweise 45°) in Bezug auf die radiale Richtung aufweist. Der Detektor wandelt dieses astigmatische Strahlenbündel in das Brennpunktfehlersignal um, wobei dieses Signal des Weiteren für die mechanische Einstellung der Position des Linsensystems längs seiner optischen Achse verwendet wird, um den Abtastlichtpunkt im Brennpunkt auf der Informationsschicht zu halten. Wenn sich der Abtastlichtpunkt im Brennpunkt auf der Informationsschicht befindet, ist die Form des Lichtpunkts auf dem Detektor kreisförmig und deswegen das Brennpunktfehlersignal gleich 0. Wenn sich der Abtastlichtpunkt zu nahe an der Informationsschicht oder zu weit entfernt von dieser befindet, ist das Strahlenbündel, das durch die Scheibe über das Linsensystem reflektiert wird, divergent oder konvergent: Die Form des Lichtpunkts auf dem Detektor ist elliptisch und deswegen ist das Brennpunktfehlersignal von null verschieden.
Um den Abtastlichtpunkt in der richtigen Spur zu halten, kann ein „Radialspurfehlersignal" gemäß dem so genannten „radialen Gegentaktverfahren" gebildet werden, das u. a. aus dem Buch von G. Bouwhuis et al., S. 70–73, bekannt ist. Dieses Signal wird ferner zum mechanischen Einstellen der Position des Linsensystems längs der radialen Richtung verwendet, um den Abtastlichtpunkt in der Spur der abzutastenden Informationsschicht zu halten.
1a der vorliegenden Beschreibung zeigt eine bekannte optische Abtasteinrichtung in einer bekannten Konfiguration, die die Erzeugung des Brennpunktfehlersignals und des Radialspurfehlersignals ermöglicht. Die bekannte Einrichtung tastet eine Spur eines optischen Aufzeichnungsträgers längs der Mittellinie der Spur ab. In 1a sind „X₀" und „Y₀" zwei Referenzachsen parallel zu der radialen Richtung bzw. der tangentialen Richtung und „Z₀" ist eine Referenzachse, die zusammen mit den Achsen X₀ und Y₀ eine orthogonale Basis bildet. Die bekannte Einrichtung enthält zwei Wellen Sa und Sb sowie einen optischen Abtastkopf OH. Der optische Abtastkopf kann sich längs der Wellen Sa und Sb in einer Richtung parallel zur Achse X₀ bewegen, wodurch ein Abtasten von einer Spur zu einer anderen Spur und ein Einstellen der Position des Abtastlichtpunkts auf der Mittellinie der abzutastenden Spur möglich sind. Der optische Abtastkopf OH enthält eine Strahlungsquelle RS, ein Linsensystem LS und ein Erfassungssystem DS. Das Linsensystem LS enthält eine Kollimatorlinse CL, eine Objektivlinse OL und einen Planspiegel (der in 1a nicht gezeigt ist). Der Planspiegel ist unter der Objektivlinse OL längs der Achse Z₀ angeordnet. Die Normale zur Ebene des Spiegels teilt den Winkel von 90° zwischen der Achse Z₀ und einer Referenzachse Z. Wie in 1a gezeigt, ist „Z" die Referenzachse, die die gleiche Richtung wie die optische Achse zwischen dem Detektor D und der Kollimatorlinse CL aufweist. Die Achse Z bildet einen Winkel von 45° zur tangentialen Richtung Y₀. Während der Abtastung wird ein Strahlenbündel von der Strahlungsquelle RS ausgesendet und über das Linsensystem LS auf die abzutastende Spur gelenkt. Das Strahlenbündel wird dann auf der abzutastenden Spur in Form eines reflektierten Haupt-Strahlenbündels und mehrerer Beugungsstrahlenbündel (hauptsächlich ein Beugungsstrahlenbündel der Ordnung +1 und ein Beugungsstrahlenbündel der Ordnung –1) reflektiert. Die Beugungsstrahlenbündel besitzen die Form von Halbkeulen im Querschnitt des Haupt-Strahlenbündels. Das reflektierte Haupt-Strahlenbündel und die Beugungsstrahlenbündel der Ordnung +1 und der Ordnung –1 werden über das Linsensystem LS zum Erfassungssystem DS gelenkt. Das Erfassungssystem DS enthält (1) eine planparallele Platte PPP, die sowohl als Strahlteiler als auch als Astigmatismus-Erzeugungselement verwendet wird, und (2) den Detektor D. In der in 1a gezeigten Konfiguration bewirkt die Ausrichtung der Platte PPP, dass die Brennlinien der durch den Astigmatismus erzeugten Strahlenbündel einen Winkel von 0° oder 90° zu einer Referenzachse N aufweisen, die senkrecht zur Achse Z verläuft und in der Zeichnungsebene liegt. Die Richtung der Spur (d. h. die tangentiale Richtung längs der Achse Y₀) und die Ausrichtung des Spiegels bewirken, dass die Beugungskeule der Ordnung +1 und die Beugungskeule der Ordnung –1 Winkel von 45° zur Achse N an dem Detektor D aufweisen. In diesem Fall ermöglicht der Winkel von 45° zwischen den Brennlinien und den Keulen die Verwendung eines Quadrantendetektors als Detektor D, um ein Radialspurfehlersignal und ein Brennpunktfehlersignal unter Verwendung des Gegentaktverfahrens bzw. des Astigmatismus-Verfahrens zu erzeugen.
Aus mechanischen Gründen, z. B. wegen des mechanischen Raums, ist es jedoch vorteilhaft, wenn eine Ausrichtung von 0° oder 90° vorliegt, wie in 1b gezeigt.
Die Komponenten der bekannten Einrichtung von 1b sind die gleichen wie die der bekannten Einrichtung von 1a, jedoch in einer anderen Konfiguration angeordnet. In 1b sind „X₁" und „Y₁" zwei Referenzachsen parallel zu der radialen Richtung bzw. der tangentialen Richtung und „Z₁" ist eine Referenzachse, die zusammen mit den Achsen X₁ und Y₁ eine orthogonale Basis bildet. Die bekannte Einrichtung von 1b tastet eine Spur eines optischen Aufzeichnungsträgers entlang der Mittellinie der Spur ab, die parallel zur Achse Y₁ verläuft. Der optische Abtastkopf OH kann sich längs der Wellen Sa und Sb in einer Richtung parallel zur Achse X₁ bewegen. Der Planspiegel des Linsensystems (in 1b nicht gezeigt) ist unter der Objektivlinse OL längs der Achse Z₁ angeordnet. Die Normale zur Ebene des Spiegels teilt den Winkel von 45° zwischen den Achsen X₁ und Z₁.
In der in 1b gezeigten Konfiguration besitzt die optische Abtasteinrichtung jedoch den Nachteil, dass sie ohne weitere Maßnahmen nicht ermöglicht, das Brennpunktfehlersignal und das Radialspurfehlersignal gleichzeitig zu bilden. Wie in Bezug auf 1a erläutert, bewirkt die Ausrichtung der Platte PPP, dass die Brennlinien der durch den Astigmatismus erzeugten Strahlenbündel einen Winkel von 0° oder 90° zur Achse N aufweisen. Die Richtung der Spur (d. h. die tangentiale Richtung längs der Achse Y₁) und die Ausrichtung des Spiegels bewirken, dass die Beugungskeule der Ordnung +1 und die Beugungskeule der Ordnung –1 auf dem Detektor D einen Winkel von –90° oder +90° mit der Achse N bilden. In diesem Fall ist es durch die gegenseitige Ausrichtung der Keulen und der Brennlinien bei Verwendung eines Quadrantendetektors als Detektor D nicht möglich, ein Radialspurfehlersignal und ein Brennpunktfehlersignal durch Verwendung des Gegentaktverfahrens bzw. des Astigmatismus-Verfahrens gleichzeitig zu erzeugen.
Ein Verfahren zum Beseitigen dieses Nachteils ist aus dem US-Patent Nr. 4,731,527 bekannt. Gemäß der bekannten Lösung umfasst das Erfassungssystem ferner ein Astigmatismus-Korrekturelement, das durch eine zylindrische Linse gebildet ist. Wie im US-Patent Nr. 4,731,527 erläutert, erzeugt das Astigmatismus-Erzeugungselement einen ersten Betrag an Astigmatismus W_a und das Astigmatismus-Korrekturelement erzeugt einen zweiten Betrag an Astigmatismus W_b. Die zylindrische Linse ist so eingerichtet, dass der Betrag an Astigmatismus W_c die maximale Empfindlichkeit des Quadrantendetektors bewirkt, d. h. eine Ausrichtung in einem Winkel von 45° in Bezug auf die radiale Richtung gemäß dem „Astigmatismus-Verfahren. Dies wird gemäß dem US-Patent Nr. 4,731,527 dann erreicht, wenn die Astigmatismusbeträge W_a, W_b und W_c die folgende Gleichung erfüllen: Wc = Wa + Wb (1)
Gemäß Gleichung (1) zeigt 2 der vorliegenden Beschreibung die Beziehung zwischen den Astigmatismusbeträgen W_a, W_b und W_c in einer Referenzebene XY, die senkrecht zu einer optischen Achse des Erfassungssystems verläuft, wobei W_o,a, W_o,b und W_o,c die Werte von W_a, W_b bzw. W_c sind und θ_a, θ_b und θ_c die Winkel von W_a, W_b bzw. W_c sind. Unter Verwendung der Vektordarstellung der Astigmatismusbeträge kann die Gleichung (1) auch in der folgenden Weise dargestellt werden: (Wo,c, θc) = (Wo,a, θa) + (Wo,b, θb) (2)
Die Darlegungen des US-Patents Nr. 4,731,527 sind jedoch nicht zufrieden stellend, da es nicht die gewünschte Korrektur des Astigmatismus liefert.
Andere optische Abtasteinrichtungen, die ein Astigmatismus-Korrekturelement enthalten, sind im Stand der Technik offenbart, wie etwa im US-Patent Nr. 4.986.874.
Das US-Patent Nr. 4.986.874 offenbart eine optische Abtasteinrichtung der eingangs erwähnten Art, bei der das Astigmatismus-Korrekturelement eine erste anisotrop gekrümmte Fläche zum Kompensieren des durch das Astigmatismus-Erzeugungselement erzeugten Astigmatismus und eine zweite anisotrop gekrümmte Fläche zum Erzeugen eines neuen Astigmatismus in einer willkürlichen Richtung, d. h. unter einem Winkel von 45° in Bezug auf die radiale Richtung, enthält.
Ein Nachteil des Astigmatismus-Korrekturelements, das im US-Patent Nr. 4.986.874 beschrieben ist, besteht darin, dass es zwei anisotrop gekrümmte Flächen enthält, die schwer herzustellen sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Abtasteinrichtung bereitzustellen, die die oben erwähnten Nachteile beseitigt, insbesondere eine Astigmatismus-Aberration gemäß dem „Astigmatismus-Verfahren" erzeugt und einfach herzustellen ist.
Gemäß der Erfindung werden diese Aufgaben gelöst durch eine optische Abtasteinrichtung der eingangs erwähnten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass W₃ an den Detektor angepasst ist und W_o,2 und θ₂ im Wesentlichen der folgenden Gleichung entsprechen: (Wo,2, 2θ2) = (Wo,3, 2θ3) – (Wo,1, 2θ1).
Ein Vorteil der optischen Abtasteinrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, dass sie einem Fachmann ermöglicht, den Astigmatismus wunschgemäß zu korrigieren, wie später (insbesondere unter Bezugnahme auf die Tabellen 3 und 4) genauer gezeigt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Abtasteinrichtung ist das Astigmatismus-Korrekturelement durch eine zylindrische Oberfläche gebildet, die eine Symmetrieachse besitzt, die einen vorgegebenen ersten Winkel in Bezug auf die erste Brennlinie bildet, wobei der Wert dieses Winkels von dem gewünschten Winkel, dem ersten Astigmatismus-Abstand und dem zweiten Astigmatismus-Abstand abhängt.
Ein Vorteil der Bildung des Astigmatismus-Korrekturelements mit einer zylindrischen Oberfläche besteht darin, dass es leichter ist, eine anisotrop gekrümmte Fläche herzustellen – als zwei anisotrop gekrümmte Flächen wie jene unter Bezugnahme auf das US-Patent Nr. 4,968,874 beschriebenen. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet eine „anisotrop gekrümmte Fläche" eine Oberfläche mit unterschiedlichen Krümmungen und/oder asphärischen Koeffizienten in zwei zueinander senkrechten Richtungen.
Ein weiterer Vorteil eines Astigmatismus-Korrekturelements mit einer zylindrischen Oberfläche besteht darin, dass die zylindrische Oberfläche weniger empfindlich ist auf Änderungen der mechanischen Toleranz als eine anisotrop gekrümmte Fläche wie jene des Astigmatismus-Korrekturelements, das im US-Patent Nr. 4.968.874 beschrieben ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Abtasteinrichtung ist das Astigmatismus-Erzeugungselement durch eine planparallele Platte gebildet, die unter einem vorgegebenen Winkel zwischen der Normalenrichtung dieser Platte und der optischen Achse geneigt ist. Diese Ausführungsform kann außerdem als Strahlteiler verwendet werden, um das Strahlenbündel von der Strahlungsquelle in die Richtung des Linsensystems umzulenken.
Ein Vorteil der Bildung des Astigmatismus-Erzeugungselements mit einer planparallelen Platte besteht darin, dass die planparallele Platte kostengünstiger ist als andere handelsübliche Astigmatismus-Erzeugungselemente wie etwa ein Strahlteilerwürfel.
Ein weiterer Vorteil der Bildung des Astigmatismus-Erzeugungselements mit einer planparallelen Platte besteht darin, dass die planparallele Platte im Allgemeinen dünner ist als ein Strahlteilerwürfel, was zu einer kompakteren optischen Abtasteinrichtung führt.
Die Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden genaueren Beschreibung der Erfindung, die in der beiliegenden Zeichnung dargestellt ist, deutlich. Es zeigen:
1a und 1b eine bekannte optische Abtasteinrichtung in einer ersten bzw. zweiten Konfiguration;
2 eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen drei Astigmatismusbeträgen gemäß den Darlegungen eines Dokuments nach dem Stand der Technik zeigt;
3 eine schematische Darstellung von Komponenten einer optischen Abtasteinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4 eine grafische Darstellung, die die Beziehungen zwischen drei Astigmatismusbeträgen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des in 3 gezeigten Erfassungssystems;
6 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des in 3 gezeigten Erfassungssystems;
7 und 8 schematische Darstellungen des mittigen Strahlenbündels, das auf dem in den 5 und 6 gezeigten Quadrantendetektor mit bzw. ohne Korrektur gemäß der Erfindung gebildet wird; und
9 und 10 schematische Darstellungen der Satellitenstrahlenbündel, die auf dem in den 5 und 6 gezeigten (Quadrantendetektor mit bzw. ohne Korrektur gemäß der Erfindung gebildet werden.
3 ist eine schematische Darstellung von Komponenten einer optischen Abtasteinrichtung 1 gemäß der Erfindung zum Abtasten einer Informationsschicht 2 eines optischen Aufzeichnungsträgers 3. Die Konfiguration der in 3 gezeigten Komponenten ist gleich der Konfiguration von 1b; der Spiegel des Linsensystems, das unter Bezugnahme auf 1b beschrieben wurde, ist jedoch in 3 der Deutlichkeit halber nicht dargestellt. Insbesondere sind in 3 sowie folgenden Figuren aus Gründen der rein willkürlichen Auswahl die „X-Achse" und die „Y-Achse" Referenzachsen, die der radialen Richtung bzw. der tangentialen Richtung des optischen Aufzeichnungsträgers entsprechen, und die „Z-Achse" ist eine Referenzachse parallel zu einer optischen Achse in der optischen Abtasteinrichtung 1.
Zur Veranschaulichung enthält der optische Aufzeichnungsträger 3 eine transparente Schicht 4, auf deren einer Seite die Informationsschicht 2 angeordnet ist. Die der transparenten Schicht 4 abgewandte Seite der Informationsschicht 2 ist durch eine Schutzschicht 5 gegen Umwelteinflüsse geschützt. Wie in 3 gezeigt, sind die Schichten 2, 4 und 5 in den in 3 angegeben Richtungen der X-Achse und Y-Achse eben. Die transparente Schicht 4 wirkt als ein Substrat für den Träger 3, indem sie eine mechanische Unterstützung für die Informationsschicht 2 bildet. Die transparente Schicht 4 kann alternativ die einzige Funktion des Schutzes der Informationsschicht 2 haben, während die mechanische Unterstützung durch eine Schicht auf der anderen Seite der Informationsschicht 2, z. B. durch die Schutzschicht oder eine zusätzliche Informationsschicht und eine transparente Schicht, die mit der obersten Informationsschicht verbunden ist, geschaffen wird. Die Informationsschicht 2 ist eine Fläche des Trägers 3, die Spuren enthält. Eine „Spur" ist ein Weg, der von einem fokussierten Strahlenbündel verfolgt werden sollte, wobei auf dem Weg optisch lesbare Markierungen, die Informationen darstellen, angeordnet sind. Die Markierungen können z. B. in Form von Vertiefungen (Pits) oder Bereichen mit einem Reflexionskoeffizienten oder einer Magnetisierungsrichtung, die sich von der Umgebung unterscheiden, vorliegen. Wenn der optische Aufzeichnungsträger 3 die Form einer Scheibe hat, wird das Folgende in Bezug auf eine gegebene Spur definiert: die „radiale Richtung" ist die Richtung zwischen der Spur und dem Mittelpunkt der Scheibe und die „tangentiale Richtung" ist die Richtung, die tangential zur Spur und senkrecht zur „radialen Richtung" verläuft.
Wie in 3 gezeigt, enthält die optische Abtasteinrichtung 1 eine Strahlungsquelle 6, ein Linsensystem 7 mit einer optischen Achse OO' und ein Erfassungssystem 8. Die X-Achse verläuft senkrecht zur optischen Achse OO' und parallel zur radialen Richtung. Die Y-Achse verläuft senkrecht zur optischen Achse OO' und zur X-Achse. Die Z-Achse verläuft parallel zur optischen Achse OO' und somit senkrecht sowohl zur X-Achse als auch zur Y-Achse.
Wie in 3 gezeigt, enthält die optische Abtasteinrichtung 1 vorzugsweise ferner einen Strahlteiler, eine Servoschaltung 10, einen Brennpunktaktuator 11 und einen radialen Aktuator 12 sowie eine Informationsverarbeitungseinheit 13 zur Fehlerkorrektur.
Die Strahlungsquelle 6 ist vorhanden, um ein Strahlenbündel 14 abzugeben. Die Strahlungsquelle 6 enthält vorzugsweise mindestens einen Halbleiterlaser, der das Strahlenbündel 14 mit einer ausgewählten Wellenlänge λ aussendet. Wenn beispielsweise der optische Aufzeichnungsträger 3 das so genannte DVD-Format besitzt, liegt die Wellenlänge λ des Strahlenbündels 14 zwischen 620 und 700 nm und beträgt vorzugsweise 660 nm, und wenn der optische Aufzeichnungsträger 3 das so genannte DVR-Format besitzt, beträgt die Wellenlänge λ vorzugsweise 405 nm. Besonders bevorzugt enthält die Strahlungsquelle 6 eine Gitterstruktur 6', um zwei Satellitenstrahlenbündel (in den Figuren nicht gezeigt) aus dem mittleren Strahlenbündel 14 zu bilden, wobei die Satellitenstrahlenbündel verwendet werden, um das Radialspurfehlersignal zu erzeugen.
Der Strahlteiler ist eingerichtet, um das Strahlenbündel 14 (sowie die beiden Satellitenstrahlenbündel) zum Linsensystem 7 zu reflektieren. In der in 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist der Strahlteiler durch eine planparallele Platte 9 gebildet, die in Bezug auf die optische Achse OO' in der Weise geneigt ist, dass sie einen Winkel α mit dieser Achse einschließt. Der Winkel α beträgt vorzugsweise 45°. Der Strahlteiler kann alternativ durch eine Gitterstruktur oder ein Hologramm gebildet sein.
Das Linsensystem 7 ist eingerichtet, um das Strahlenbündel 14 in ein fokussiertes Strahlenbündel 17 umzuwandeln, sodass ein Abtastlichtpunkt 18 in der Position der Informationsschicht 2 gebildet wird. Das Linsensystem 7 enthält vorzugsweise eine erste Objektivlinse 19. Es enthält ferner eine Kollimatorlinse 20 und eine zweite Objektivlinse 21. Die zweite Objektivlinse 21 wird vorzugsweise gemeinsam mit der ersten Objektivlinse 19 dann verwendet, wenn die numerische Apertur des Strahlenbündels 17 näherungsweise 0,85 beträgt, wohingegen die erste Objektivlinse 19 allein verwendet wird, wenn die numerische Apertur des Strahlenbündels 17 kleiner als 0,65 ist.
Die Kollimatorlinse 20 ist eingerichtet, um das Strahlenbündel 14 (sowie die beiden Satellitenstrahlenbündel) in ein im Wesentlichen kollimiertes Strahlenbündel 22 umzuwandeln.
Die Objektivlinse 19 ist eingerichtet, um das kollimierte Strahlenbündel 22 in ein konvergierendes Strahlenbündel 23 umzuwandeln. Die Objektivlinse 19 weist eine Eintrittsfläche 19a zum Empfangen des Strahlenbündels 22 und eine Austrittsfläche 19b zum Ausgeben des konvergierenden Strahls 17 auf.
Die zweite Objektivlinse 21 ist eingerichtet, um das konvergierende Strahlenbündel 23 in das fokussierte Strahlenbündel 17 umzuwandeln. Die Linse 21 kann eine plankonvexe Linse mit einer konvexen Eintrittsfläche 21a sein, die der Austrittsfläche 19b der Objektivlinse 19 zugewandt ist, und einer ebenen Austrittsfläche 21b, die der Position der Informationsschicht 2 zugewandt ist. Es ist anzumerken, dass die zweite Objektivlinse 21 zusammenwirkend mit der ersten Objektivlinse 19 ein Doppellinsensystem bildet, das vorteilhaft eine größere Toleranz in der gegenseitigen Position der optischen Elemente besitzt als ein Einzellinsensystem. Des Weiteren sind eine oder zwei Oberflächen von jeder der Objektivlinsen 19 und 21 vorzugsweise asphärisch.
Zur Veranschaulichung beträgt in dem Fall, wenn der optische Aufzeichnungsträger 3 das DVD-Format besitzt, die numerische Apertur des fokussierten Strahlenbündels 17 näherungsweise 0,6 für die „Lesebetriebsart" und vorzugsweise 0,65 für die „Schreibbetriebsart".
Während des Abtastens wird das vorwärts gerichtete fokussierte Strahlenbündel 17 an der Informationsschicht 2 reflektiert, wodurch ein rückwärts gerichtetes Strahlenbündel 24 gebildet wird, das auf dem optischen Weg des vorwärts gerichteten Strahlenbündels 17 zurückkehrt. Das Linsensystem 7 wandelt das rückwärts gerichtete Strahlenbündel 24 in ein erstes rückwärts gerichtetes Strahlenbündel 25 um. Der Strahlteiler 9 trennt schließlich das vorwärts gerichtete Strahlenbündel 14 vom rückwärts gerichteten Strahlenbündel 25, indem er zumindest einen Teil des rückwärts gerichteten Strahlenbündels 25 zum Erfassungssystem 8 durchlässt.
Das Erfassungssystem 8 ist eingerichtet, um das Strahlenbündel 25 (sowie die entsprechenden Satellitenstrahlenbündel, die in 3 nicht gezeigt sind) zu erfassen und sie in ein oder mehrere elektrische Signale umzuwandeln. Eines der elektrischen Signale ist ein Informationssignal I_data, dessen Wert die auf der Informationsschicht 2 abgetastete Information darstellt. Das Informationssignal I_data wird durch die Informationsschicht-Verarbeitungseinheit 13 zur Fehlerkorrektur verarbeitet. Weitere Signale von der Erfassungseinheit 8 sind ein Brennpunktfehlersignal I_focus und ein Radialspurfehlersignal I_radial. Das Signal I_focus stellt die axiale Höhendifferenz längs der optischen Achse OO' zwischen dem Abtastlichtpunkt 18 und der Position der Informationsschicht 2 dar. Dieses Signal wird vorzugsweise durch das oben beschriebene „Astigmatismus-Verfahren" gebildet. Das Signal I_radial stellt den Abstand in der Ebene der Informationsschicht 2 zwischen dem Abtastlichtpunkt 18 und der Mittellinie einer Spur auf der Informationsschicht 2 dar, die durch den Abtastlichtpunkt 18 verfolgt werden sollte. Das Signal I_radial wird vorzugsweise durch das „Verfahren mit radialem Schub/Zug", das oben beschrieben wurde, gebildet.
Die Servoschaltung 10 ist eingerichtet, um in Reaktion auf die Signale I_focus und I_radial Servosteuersignale I_control zum Steuern des Brennpunktaktuators 11 bzw. des radialen Aktuators 13 bereitzustellen. Der Brennpunktaktuator 11 steuert die Positionen der Objektivlinsen 19 und 21 längs der optischen Achse OO', wodurch die tatsächliche Position des Abtastlichtpunkts 18 in der Weise gesteuert wird, dass sie mit der Ebene der Informationsschicht 2 im Wesentlichen übereinstimmt. Der radiale Aktuator 13 steuert die Position der Objektivlinsen 19 und 21 in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse OO', wo durch die radialen Positionen des Abtastlichtpunkts 18 in der Weise gesteuert werden, dass er im Wesentlichen mit der Mittellinie der auf der Informationsschicht 2 zu verfolgenden Spur übereinstimmt.
Das Erfassungssystem 8 wird im Folgenden genauer beschrieben: Es enthält ein Astigmatismus-Erzeugungselement, ein Astigmatismus-Korrekturelement 27 und einen Quadrantendetektor 28.
Das Astigmatismus-Erzeugungselement erzeugt einen ersten Betrag an Astigmatismus W₁, um das Strahlenbündel 25 in ein erstes astigmatisches Strahlenbündel 29 mit einer ersten Brennlinie F₁ und einer zweiten Brennlinie F₂, die von dem Astigmatismus-Erzeugungselement 9 weiter entfernt ist als die Brennlinie F₁, umzuwandeln. Der Abstand Δf₁ zwischen der ersten Brennlinie F₁ und der zweiten Brennlinie F₂ wird im Folgenden als „Astigmatismus-Abstand" bezeichnet. Der erste Betrag an Astigmatismus W₁ wird durch einen Vektor (W_o,1, θ₁) in einer Referenzebene XY, die senkrecht zur optischen Achse OO' verläuft, dargestellt, wobei W_o,1 den Wert von W₁ und θ₁ den Winkel zwischen der ersten Brennlinie und der Referenzachse X, die senkrecht zur optischen Achse OO' verläuft, darstellen.
In der bevorzugten Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, ist das Astigmatismus-Erzeugungselement durch das planparallele Plattenelement 9 gebildet, das außerdem als Strahlteiler wirkt (siehe oben). Das Astigmatismus-Erzeugungselement kann alternativ durch eine Zylinderlinse, ein ringförmiges Element oder ein Hologramm mit einer anisotropen Krümmung oder Schrittweite der Gitterlinien gebildet werden. Der Wert W_o,1 wird in Form des Seidel-Koeffizienten W₂₂ ausgedrückt. Die folgende Gleichung ergibt den in Bezug auf die Wellenlänge λ normierten quadratischen Mittelwert W_22rms des Koeffizienten W₂₂:
wobei „d" die Dicke der planparallelen Platte ist, „n" der Brechungsindex der planparallelen Platte, „α" der Winkel zwischen der planparallelen Platte und der optischen Achse (der vorzugsweise 45° beträgt) und „NA" die numerische Apertur des Strahlenbündels, das auf die planparallele Platte auftrifft. Weitere Informationen finden sich z. B. in „Principles of Optics" von M. Born und E. Wolf, S. 469–470 (6. Ausgabe)(Pergamon Press)(ISBN 0-08-09482-4).
Das Astigmatismus-Korrekturelement 27 erzeugt einen zweiten Betrag an Astigmatismus W₂, um das erste astigmatische Strahlenbündel 29 in ein zweites astigmatisches Strahlenbündel 30 mit einem dritten Betrag an Astigmatismus W₃ umzuwandeln. Der zweite Betrag an Astigmatismus W₂ wird durch einen Vektor (W_o,2, θ₂) in der Referenzebene XY dargestellt und der dritte Betrag an Astigmatismus. W₃ wird durch einen Vektor (W_o,3, θ₃) in der Referenzebene XY dargestellt. Gemäß Definition erzeugt das Astigmatismus-Korrekturelement 27 den Betrag W₂, um ein auftreffendes nicht astigmatisches Strahlenbündel in ein austretendes astigmatisches Strahlenbündel mit einer dritten Brennlinie F3 und einer vierten Brennlinie F4, die von dem Element 27 weiter entfernt ist als die Brennlinie F3, umzuwandeln. Der Abstand Δf₂ zwischen den Brennlinien F3 und F4 wird auch als „Astigmatismus-Abstand" bezeichnet. In ähnlicher Weise besitzt das astigmatische Strahlenbündel 30 eine fünfte Brennlinie F5 und eine sechste Brennlinie F6, wobei der Abstand Δf₃ zwischen den Brennlinien F5 und F6 ebenfalls als „Astigmatismus-Abstand" bezeichnet wird.
Der Detektor 28 wandelt das Strahlenbündel 30 in mindestens ein elektrisches Signal um. Der Detektor 28 ist vorzugsweise durch einen Quadrantendetektor mit zwei zueinander senkrechten Trennlinien gebildet.
Wenn der Quadrantendetektor 28 zum Realisieren des „Astigmatismus-Verfahrens" eingerichtet ist, enthält er insbesondere vier Detektorelemente C1 bis C4 und eine erste elektronische Schaltung (in 3 nicht gezeigt, in den 5–10 gezeigt). Die Detektorelemente C1 bis C4 sind in der XY-Ebene in Form von vier getrennten Quadranten in der folgenden Weise angeordnet: Das Detektorelement C1 liegt dem Detektorelement C3 diagonal gegenüber, das Detektorelement C2 liegt dem Detektorelement C4 diagonal gegenüber, die Trennlinie zwischen den Detektorelementen C1 und C4 (sowie jene zwischen den Detektorelementen C2 und C3) verläuft parallel zur X-Achse und die Trennlinie zwischen den Detektorelementen C1 und C2 (sowie jene zwischen den Detektorelementen C3 und C4) verläuft parallel zur Y-Achse. Die Detektorelemente C1, C2, C3 und C4 sind so eingerichtet, dass sie vier Detektorelementsignale I_C1, I_C2, I_C3 bzw. I_C4 liefern, die die Lichtintensität des auf die betreffenden Detektorelemente auftreffenden Strahlenbündels 14 darstellen. Die erste elektronische Schaltung ist so eingerichtet, dass sie die Signale I_C1 bis I_C4 in das Brennpunktfehlersignal I_focus gemäß der folgenden Gleichung umwandelt: Ifocus = (IC1 + IC3) – (IC2 + IC4) (4)
Das Radialspurfehlersignal I_radial gemäß dem radialen Gegentaktverfahren kann durch Kombinieren der Signale I_C1, I_C2, I_C3 und I_C4 in der folgenden Weise erhalten werden: Iradial = (IC1 + IC4) – (IC2 + IC3) (5)
Die Erfassung der Signale I_C1 bis I_C4 hängt von den Winkeln zwischen den Brennlinien F5 und F6 und den Trennlinien der Detektorelemente C1 bis C4 (d. h. vom Winkel zwischen der Brennlinie F5 und der X-Achse) ab. Es ist anzumerken, dass Verfahren zur radialen Spurverfolgung mit einem Lichtpunkt und mit drei Lichtpunkten als radiales Gegentaktverfahren zum Bilden des Signals I_radial verwendet werden können.
Des Weiteren ist W₃ an den Detektor 28 angepasst, sodass der Winkel θ₃ zu den Trennlinien des Detektors 28 45° beträgt; die Ausrichtung der Trennlinien des Detektors ist hierbei in der Weise gewählt, dass es möglich ist, das Radialspurfehlersignal durch das Gegentaktverfahren zu erzeugen. Gemäß der Erfindung entsprechen W_o,2 und θ₂ im Wesentlichen der folgenden Gleichung: (Wo,2, 2θ2) = (Wo,3, 2θ3) – (Wo,1, 2θ1). (6)
4 zeigt die in Gleichung (6) angegebene Beziehung zwischen den Astigmatismusbeträgen W₁, W₂ und W₃ in der Referenzebene XY. Der Wert W₃ und der Winkel θ₃ können in der Ebene XY in Bezug auf eine beliebige willkürlich ausgewählte Referenzrichtung X ausgedrückt werden: Der Wert W₃ und der Winkel θ₃ sind in der Ebene XY rotationsinvariant.
Es sind Berechnungen mit der Gleichung (6) ausgeführt worden, bei denen der Wert W_o,1 ein willkürlich ausgewählter Wert W_o,1 ^fix (= 99 μm, wenn als longitudinale Aberration ausgedrückt) ist, der Winkel θ₁ ein willkürlich ausgewählter Wert θ₁ ^fix (= 90°), der Wert W_o,3 ein gewünschter Wert W_o,3 ^gew, der durch weitere Parameter in der Einrichtung festgelegt ist (1295 μm), und der Winkel θ₃ ein gewünschter Wert θ₃ ^gew, der durch das „Astigmatismus-Verfahren" festgelegt ist (d. h. 45°). Der Wert W_o,2 ^ber2 und der Winkel θ₂ ^ber2 wurden aus Gleichung (6) berechnet. Tabelle 1 zeigt diese Werte und Winkel.
Tabelle 1
Dadurch muss gemäß den Darlegungen der vorliegenden Erfindung für einen Betrag an Astigmatismus W₁ mit einem Wert von 99 μm und einem Winkel von 90° das Astigmatismus-Korrekturelement einen Betrag an Astigmatismus mit einem Wert von 1322 μm und einem Winkel von 39° erzeugen, um den gewünschten Betrag an Astigmatismus W₃, d. h. mit einem Wert von 1295 μm und einem Winkel von 45°, zu erhalten.
Mit den willkürlich ausgewählten Werten W_o,1 ^fix und θ₁ ^fix und den berechneten Werten W_o,2 ^ber2 und θ₂ ^ber2 wurden Strahlverfolgungssimulationen ausgeführt: Als Ergebnis wurden der Wert der Größe W_o,3 ^sim2 und der Wert des Winkels θ₃ ^sim2 erhalten. Tabelle 2 zeigt diese Werte der Größen und Winkel.
Tabelle 2
Wenn wie in Tabelle 2 gezeigt gemäß den Ergebnissen der Simulation ein Betrag an Astigmatismus W₁ mit einem Wert von 99 μm und einem Winkel von 90° durch einen Betrag an Astigmatismus W₂ mit einem Wert von 1322 μm und einem Winkel von 39° korrigiert wird, hat der resultierende Betrag an Astigmatismus W₃ einen Wert von 1298 μm und einen Winkel von 45°, die im Wesentlichen gleich den gewünschten Werten 1295 μm bzw. 45° sind. Mit anderen Worten, es besteht eine Differenz von 0,2 % zwischen dem Wert der Größe, der durch Berechnungen gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird, und dem durch Simulationen erhaltenen Wert sowie eine Differenz von weniger als 1 Grad zwischen dem Wert des Winkels, der durch Berechnungen gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird, und dem durch Simulationen erhaltenen Wert. In der vorliegenden Beschreibung ist ein Wert einer Größe oder eines Winkels „im Wesentlichen gleich" einem anderen Wert einer Größe oder eines Winkels, wenn die Differenz zwischen den beiden Werten kleiner als 5 % ist.
Im Folgenden werden zwei Ausführungsformen des Astigmatismus-Korrekturelements gemäß der Erfindung beschrieben. 5 ist eine schematische Darstellung des Astigmatismus-Erzeugungselements 9, der ersten Ausführungsform 27' des Astigmatismus-Korrekturelements 27 und des Quadrantendetektors 28. 6 ist eine schematische Darstellung des Astigmatismus-Erzeugungselements 9, der zweiten Ausführungsform 27'' des Astigmatismus-Korrekturelements 27 und des Quadrantendetektors 28.
Wie in 5 gezeigt, ist das Astigmatismus-Korrekturelement 27' durch eine zylindrische Fläche mit einer Symmetrieachse Δ gebildet, die einen vorgegebenen ersten Winkel γ_cy1 zur X-Achse in der XY-Ebene bildet. Der Winkel γ_cy1 ist durch den folgenden Ausdruck angegeben: γcy1 – θ3 = ½arcsin[Wo,1sin(2(θ1 – θ3))/(Wo,3 2 + Wo,1 2 – 2Wo,3Wo,1cos(2(θ1 – θ3)))½]wobei θ₁ – θ₃, W_o,1 und W_o,3 die folgende Bedingung erfüllen: Wo,3 2 + Wo,1 2 > 2Wo,3Wo,1cos(2(θ1 – θ3)).
Die zylindrische Fläche ist ferner eingerichtet, um einen zweiten Astigmatismus-Abstand W_o,2 zu erzeugen, um den Wert W_o,1 an Astigmatismus W₁ in den Wert W_o,3 an Astigmatismus W₃ umzuwandeln. Insbesondere kann der Astigmatismus-Abstand W_o,2 wie folgt definiert sein: Wo,2 = [Wo,3 2 + Wo,1 2 – 2Wo,3Wo,1cos(2(θ1 – θ3))]½ wobei θ₁ – θ₃, W_o,1 und W_o,3 die folgende Bedingung erfüllen: Wo,3 2 + Wo,1 2 > 2Wo,3Wo,1cos(2(θ1 – θ3)).
Die Formeln von γ_cy1 – θ₃ und W_o,2 sind insbesondere gültig, wenn W_o,1, W_o,2 und W_o,3 durch einen der folgenden Werte dargestellt sind: ein Seidel-Koeffizient, ein Zernike-Koeffizient, ein Spitzenwert der Wellenfront-Aberration, der „Astigmatismus-Abstand" oder die longitudinale Aberration (die dem Abstand zwischen der ersten und der zweiten Brennlinie entspricht).
Wie in 6 gezeigt, ist das Astigmatismus-Korrekturelement 27'' durch eine ebene Fläche gebildet, die wie folgt angeordnet ist. Das Astigmatismus-Erzeugungselement 9 ist durch eine planparallele Platte gebildet, die erstens mit der gleichen Ausrichtung wie der Detektor 28 (durch das schraffierte Quadrat dargestellt) angeordnet und zweitens längs der Y-Achse gedreht ist, sodass die Normale N1 der Platte 9 einen Winkel α von 45° in Bezug auf die Z-Achse bildet. Das Astigmatismus-Korrekturelement 27'' ist durch eine planparallele Platte gebildet, die erstens mit der gleichen Ausrichtung wie die Platte 9 (durch das schraffierte Quadrat dargestellt) angeordnet und zweitens längs der Z-Achse gedreht ist, sodass die Normale N2 der Platte 27'' einen Winkel β in Bezug auf die X-Achse bildet. Der Winkel β ist gemäß dem Astigmatismus-Verfahren vorzugsweise gleich 45°.
Lediglich zur Veranschaulichung wird die Wirkung der erfindungsgemäßen Korrektur im Folgenden genauer beschrieben.
7 und 8 sind schematische Darstellungen der Brennlinie, die durch das mittige Strahlenbündel 14 auf dem Quadrantendetektor 28 mit bzw. ohne die erfindungsgemäße Korrektur gebildet wird. 9 und 10 sind schematische Darstellungen der beiden Satellitenstrahlenbündel, die auf dem Quadrantendetektor 28 mit bzw. ohne die erfindungsgemäße Korrektur gebildet werden.
7 betrifft den Fall, bei dem der Winkel θ₃ zwischen der Brennlinie F3 und der Trennlinie zwischen den Detektorelementen C1 und C2 45° beträgt und sich der Abtastlichtpunkt nicht im Brennpunkt auf der Informationsschicht 2 befindet. Der Lichtpunkt des astigmatischen Strahlenbündels 30 besitzt eine elliptische Form S1 auf den Detektorelementen C1 bis C4, wobei die Hauptachse der elliptischen Form S1 einen Winkel von 45° in Bezug auf die X-Achse bildet (diese Form entspricht hierbei einer Brennlinie des Betrags W₃). Deswegen ist das Signal I_focus, das gemäß Gleichung (4) gebildet wird, von 0 verschieden. Mit anderen Worten, eine Erfassung des Brennpunktfehlers ist möglich.
8 betrifft den Fall, bei dem der Winkel zwischen der Brennlinie F3 und der Trennlinie zwischen den Detektorelementen C1 und C2 0° beträgt und keine Astigmatismus-Korrektur gemäß der Erfindung erfolgt. Somit besitzt der Lichtpunkt des astigmatischen Strahlenbündels 30 eine elliptische Form S2 auf den Detektorelementen C1 bis C4, wobei die Hauptachse der elliptischen Form S2 einen Winkel von 0° in Bezug auf die X-Achse bildet. Deswegen ist das Signal I_focus, das gemäß Gleichung (4) gebildet wird, gleich 0. Mit anderen Worten, eine Erfassung des Brennpunktfehlers ist nicht möglich.
9 betrifft den Fall, bei dem der Winkel θ₃ zwischen der Brennlinie F3 und der Trennlinie zwischen den Detektorelementen C1 und C3 45° beträgt. Es ist anzumerken, dass die Richtung der Y-Achse (in 9 angegeben) der tangentialen Richtung (d. h. der Richtung, die tangential zur abzutastenden Spur verläuft) entspricht. Das erste astigmatische Strahlenbündel bildet zwei Halbkeulen S3 und S4 und das zweite astigmatische Strahlenbündel bildet zwei Halbkeulen S5 und S6. Die Halbkeulen S3 bis S6 sind in der Weise orientiert, dass sie auf die Richtung der Trennlinie, d. h. auf die Richtung der Spur, ausgerichtet sind. Somit ist das Signal I_radial (gemäß Gleichung (5) gebildet) von 0 verschieden. Mit anderen Worten, eine Erfassung des Radialspurfehlersignals ist möglich.
10 betrifft den Fall, bei dem der Winkel zwischen der Brennlinie F3 und der Trennlinie zwischen den Detektorelementen C1 und C2 0° beträgt und keine Astigma tismus-Korrektur gemäß der Erfindung erfolgt. Es ist anzumerken, dass die Richtung der Y-Achse (in 10 angegeben) der tangentialen Richtung (d. h. der Richtung, die tangential zur abzutastenden Spur verläuft) entspricht. Das erste astigmatische Strahlenbündel bildet zwei Halbkeulen S7 und S8 und das zweite astigmatische Strahlenbündel bildet zwei Halbkeulen S9 und S10. Die Halbkeulen S7 bis S10 sind in der Weise orientiert, dass sie einen Winkel von 45° mit der Richtung der Trennlinie, d. h. mit der Richtung der Spur, einschließen. Deswegen ist das Signal I_radial (das gemäß Gleichung (5) gebildet wird) gleich 0. Mit anderen Worten, eine Erfassung des Radialspurfehlersignals ist nicht möglich.
Es ist anzumerken, dass die in den 7 bis 10 gezeigten Formen dem Fall entsprechen, bei dem die Objektivlinse 19 von der Informationsschicht 2 zu weit entfernt ist. Ähnliche Formen werden in dem Fall erhalten, bei dem sich die Objektivlinse 19 zu nahe an der Informationsschicht 2 (symmetrisch in Bezug auf die Y-Achse) befindet.
Es sollte erkannt werden, dass zahlreiche Variationen und Modifikationen in Bezug auf die oben beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
Als eine Alternative kann die optische Abtasteinrichtung von dem Typ sein, der eine gleichzeitige Mehrspurabtastung ausführen kann. Dies hat eine Verbesserung des Auslesens von Daten in der „Lesebetriebsart" und/oder der Schreibgeschwindigkeit in der „Schreibbetriebsart" zur Folge, wie z. B. in dem US-Patent Nr. 4.449.212 beschrieben ist. Die Beschreibung der Anordnung zur Mehrspurverfolgung gemäß dem US-Patent Nr. 4.449.212 ist durch die Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Patentanmeldung.
Als eine Verbesserung enthält die erfindungsgemäße optische Abtasteinrichtung ferner eine Servolinse mit einer Eintrittsfläche, die dem Astigmatismus-Erzeugungselement 9 zugewandt ist, und einer Austrittsfläche, die dem Quadrantendetektor 28 zugewandt ist, wobei die Eintrittsfläche der Servolinse eingerichtet ist, um das Astigmatismus-Korrekturelement 27 zu bilden. Alternativ kann die Austrittsfläche (anstelle der Ein trittsfläche) so eingerichtet sein, dass sie das Astigmatismus-Korrekturelement 27 bildet.
Ein Vorteil der Verwendung der Eintrittsfläche der Servolinse als Astigmatismus-Korrekturelement 9 besteht darin, die Möglichkeit zuzulassen, dass die Austrittsfläche der Servolinse eingerichtet wird, um eine zusätzliche optische Funktion bereitzustellen. Die Austrittsfläche kann z. B. sphärisch gekrümmt sein.

Claims

Optische Abtasteinrichtung (1) zum Abtasten einer Informationsschicht (2), wobei die Einrichtung eine Strahlungsquelle (6) zum Liefern eines ersten Strahlenbündels (14), ein Linsensystem (7) zum Umwandeln des ersten Strahlenbündels in einen Abtastlichtpunkt (18) in der Position der Informationsschicht, wobei das Linsensystem eine optische Achse (OO') aufweist, und ein Erfassungssystem (8) enthält, das Folgendes umfasst: – ein Astigmatismus-Erzeugungselement (9) zum Erzeugen eines ersten Betrags an Astigmatismus (W₁), um das erste Strahlenbündel in ein erstes astigmatisches Strahlenbündel (29) mit einer ersten Brennlinie (F1) und einer zweiten Brennlinie (F2), die von dem Astigmatismus-Erzeugungselement weiter entfernt ist als die erste Brennlinie, umzuwandeln, wobei der erste Betrag an Astigmatismus (W₁) durch einen Vektor (W_o,1, θ₁) in einer Referenzebene (XY), die senkrecht zu der optischen Achse verläuft, dargestellt wird, wobei W_o,1 den Wert von W₁ und θ₁ den Winkel zwischen der ersten Brennlinie und einer Referenzachse (X), die senkrecht zu der optischen Achse verläuft, darstellen, – ein Astigmatismus-Korrekturelement (27) zum Erzeugen eines zweiten Betrags an Astigmatismus (W₂), um ein auftreffendes nicht astigmatisches Strahlenbündel in ein austretendes astigmatisches Strahlenbündel mit einer dritten Brennlinie (F3) und einer vierten Brennlinie (F4), die von dem Astigmatismus-Korrekturelement weiter entfernt ist als die dritte Brennlinie, umzuwandeln, wobei der zweite Betrag an Astigmatismus (W₂) durch einen Vektor (W_o,2, θ₂) in der Referenzebene dargestellt wird, wobei W_o,2 den Wert von W₂ und θ₂ den Winkel zwischen der dritten Brennlinie und einer Referenzachse (X), die senkrecht zu der optischen Achse verläuft, darstellen, wobei das Astigmatismus-Korrekturelement ausgebildet ist, das erste astigmatische Strahlenbündel in ein zweites astigmatisches Strahlenbündel (30) mit einem dritten Betrag an Astigmatismus (W₃) und einer fünften Brennlinie (F5) und einer sechsten Brennlinie (F6), die von dem Astigmatismus-Korrekturelement weiter entfernt ist als die fünfte Brennlinie, umzuwandeln, wobei der dritte Betrag an Astigmatismus (W₃) durch einen Vektor (W_o,3, θ₃) in der Referenzebene dargestellt wird, wobei W_o,3 den Wert von W₃ und θ₃ den Winkel zwischen der fünften Brennlinie und der Referenzachse (X), die senkrecht zu der optischen Achse verläuft, darstellen, und – einen Detektor (28) zum Umwandeln des zweiten astigmatischen Strahlenbündels in ein elektrisches Signal, dadurch gekennzeichnet, dass W₃ an den Detektor angepasst ist und W_o,2 und θ₂ im Wesentlichen der folgenden Gleichung entsprechen: (Wo,2, 2θ2)= (Wo,3, 2θ3) – (Wo,1, 2θ1).
Optische Abtasteinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Astigmatismus-Erzeugungselement (9) eine erste planparallele Platte zur Verwendung als Strahlteiler enthält.
Optische Abtasteinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Astigmatismus-Korrekturelement (27) durch eine zylindrische Oberfläche mit einer Symmetrieachse gebildet ist, die einen vorgegebenen ersten Winkel (γ_cy1) in Bezug auf die Referenzachse (X) besitzt, und der vorgegebene erste Winkel durch folgende Gleichung gegeben ist: γcy1 – θ3 = ½arcsin[Wo,1sin(2(θ1 – θ3))/(Wo,3 2 + Wo,1 2 – 2Wo,3Wo,1cos(2(θ1 – θ3)))½]wobei θ₁ – θ₃, W_o,1 und W_o,3 die folgende Bedingung erfüllen: Wo,3 2 + Wo,1 2 > 2Wo,3Wo,1cos(2(θ1 – θ3)).
Optische Abtasteinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der astigmatische Abstand (Δf₂) der zylindrischen Oberfläche durch die folgende Gleichung gegeben ist: Wo,2 = [Wo,3 2 + Wo,1 2 – 2Wo,3Wo,1cos(2(θ1 – θ3))]½ wobei θ₁ – θ₃, W_o,1, und W_o,3, die folgende Bedingung erfüllen: Wo,3 2 + Wo,1 2 > 2Wo,3Wo,1cos(2(θ1 – θ3)).
Optische Abtasteinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Astigmatismus-Korrekturelement (27) durch eine zweite planparallele Platte, die eine Normalenrichtung (N2) besitzt, gebildet ist.
Optische Abtasteinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Astigmatismus-Korrekturelement (27) als die Eintrittsfläche einer Servolinse, die dem Astigmatismus-Erzeugungselement (9) zugewandt ist, gebildet ist, und die Servolinse eine Eintrittsfläche und eine Austrittsfläche, die dem Detektor (28) zugewandt ist, aufweist, wobei eine dieser Flächen anisotrop gekrümmt ist.
Optische Abtasteinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (28) durch einen Quadrantendetektor gebildet ist, der eine Trennlinie in der Richtung der Referenzachse (X) aufweist, und W₃ an den Detektor (28) angepasst ist, sodass der Winkel θ₃ im Wesentlichen gleich 45° ist.
Optische Abtasteinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungssystem (8) ferner beschaffen ist, um ein Brennpunktfehlersignal (I_focus) und/oder ein Radialspurfehlersignal (I_radial) zu liefern, und ferner eine Servoschaltung (10) und einen Aktuator (11, 12) enthält, der auf das Brennpunktfehlersignal und/oder das Radialspurfehlersignal reagiert, um die Position des Abtastlichtpunkts (18) in Bezug auf die Position der Informationsschicht (2) und/oder einer Spur der Informationsschicht, die abzutasten ist, zu steuern.
Optische Abtasteinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Informationsverarbeitungseinheit zur Fehlerkorrektur (13) enthält.
Optische Abtasteinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsensystem (7) eine erste Objektivlinse (19) und eine zweite Objektivlinse (21), die ein Doppellinsensystem bilden, enthält.