DE69133570T2 - Lese-und/oder Schreibanordnung für einen mehrschichtigen Informationsspeicher - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Lesen und/oder Beschreiben eines optischen Aufzeichnungsträgers, der einen Stapel aus Informationsschichten enthält, wobei benachbarte Informationsschichten durch eine Zwischenschicht getrennt sind, welches Gerät mit einer Strahlungsquelle und einem Objektivsystem zum selektiven Fokussieren eines von der Strahlungsquelle kommenden Strahlungsbündels auf eine gesonderte Informationsschicht versehen ist. Die Erfindung betrifft auch einen optischen Aufzeichnungsträger, der ausgebildet ist, mit einem derartigen Gerät gelesen und beschrieben zu werden.
  • Ein Problem bei einem solchen Gerät ist die Korrektur optischer Aberrationen im Abtastbündel hinsichtlich der verschiedenen Längspositionen des Abtastfokus im Aufzeichnungsträger. Die Dicke des von dem Abtastbündel so weit wie der Abtastfokus durchlaufenen Aufzeichnungsträgers hängt von der Ordnungszahl der abzutastenden Aufzeichnungsfläche ab. Diese variable Dicke bringt eine unterschiedliche Menge sphärischer Aberration in das Abtastbündel ein, welche sphärische Aberration die Form des Abtastfokus nachteilig beeinflusst.
  • Ein Gerät der eingangs beschriebenen Art, das den Oberbergriff von Anspruch 1 wiederspiegelt, ist aus der US-Patentschrift Nr. 3.999.009 bekannt, in dem eine Einrichtung zum Auslesen von Aufzeichnungsflächen in einem Mehrschichtaufzeichnungsträger ausgebildet ist. Die Einrichtung ist mit einer transparenten Platte versehen, die beim Auslesen einer Aufzeichnungsfläche in das Abtastbündel eingebracht werden kann und aus dem Abtastbündel heraus bewegt werden kann, wenn eine andere Aufzeichnungsfläche gelesen wird. Ein Nachteil dieses bekannten Informationsspeichersystems ist, dass jede Aufzeichnungsfläche eine spezielle Einstellung der Platte erfordert. Eine bewegliche Platte ist kompliziert und relativ kostspielig. Den relativ geringen Kosten des Aufzeichnungsträgers pro Informationseinheit steht daher eine relativ kostspielige Abtasteinrichtung entgegen.
  • Der Erfindung liegt unter anderem als Aufgabe zugrunde, ein Gerät mit relativ niedrigem Preis zu verschaffen. Der Erfindung liegt auch als Aufgabe zugrunde, einen Aufzeichnungsträger mit hoher Informationsdichte zur Verwendung mit einem derartigen Gerät zu verschaffen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch ein Gerät der eingangs beschriebenen Art gelöst, und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Objektivsystem hinsichtlich einer Menge sphärischer Aberration korrigiert ist, die gleich der sphärischen Aberration ist, die das Strahlungsbündel infolge des Durchlaufens des Aufzeichnungsträgers erleidet, wenn das Strahlungsbündel bei ungefähr der Hälfte der Höhe des Stapels von Informationsschichten fokussiert wird.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen optischen Aufzeichnungsträger, der einen Stapel aus Informationsschichten aufweist, wobei benachbarte Informationsschichten durch eine Zwischenschicht getrennt sind, wobei der Aufzeichnungsträger ausgebildet ist, von einem Gerät gelesen und/oder beschrieben zu werden, das ein Objektivsystem enthält, das eine feste Korrektur für sphärische Aberration aufweist, um ein Strahlungsbündel selektiv auf eine Informationsschicht zu fokussieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des vom Strahlungsbündel durchlaufenen Aufzeichnungsträgermaterials bis ungefähr zur Hälfte der Höhe des Stapels eine Menge sphärischer Aberration in dem Strahlungsbündel auf sich zieht, die gleich der festen Korrektur ist.
  • Das Vorhandensein des Fokusservosystems für den Lesefokus ist ein zuvor erwähnter Aspekt. Das vom Fokusfehlersystem abgegebene Signal umfasst Information zum Vorhandensein einer Aufzeichnungsfläche auf oder nahe dem Abtastfokus. Wenn der Abtastfokus durch die Aufzeichnungsflächen bewegt wird, kann der Flächendiskriminator aus dem oben erwähnten Signal jederzeit einen Impuls ableiten, wenn eine Aufzeichnungsfläche den Abtastfokus durchläuft. Anhand dieser Impulse und der Bewegungsrichtung des Abtastfokus ermittelt der Zähler die Ordnungszahl der den Abtastfokus durchlaufenden Aufzeichnungsfläche. Auf diese Weise ist es möglich, das Abtastbündel auf jede gewünschte Schicht zu fokussieren. Das erfindungsgemäße Flachenselektionsverfahren kann auf alle Geräte zum Beschreiben, Lesen oder Löschen von Mehrschichtaufzeichnungsträgern angewendet werden, die aktiv auf die unterschiedlichen Aufzeichnungsflächen in dem Aufzeichnungsträger fokussieren.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1a eine Ausführungsform eines Flächenselektors,
  • 1b eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes,
  • 2a, 2b und 2c Ausführungsformen eines Aufzeichnungsträgers mit gesonderten Aufzeichnungsschichten,
  • 3 einen Aufzeichnungsträger mit einem nicht geschichteten Aufzeichnungsvolumen zur Verwendung in der Vorrichtung,
  • 4a und 4b Ausführungsformen eines Längsverschiebers,
  • 4c und 4d Ausführungsformen eines Querverschiebers und
  • 5 einen Teil einer Ausführungsform des Gerätes zum Auslesen in Transmission.
  • 1b zeigt einen Teil eines optischen Aufzeichnungsträgers 1 im Querschnitt. Der Aufzeichnungsträger hat eine reflektierende Führungsfläche 2 mit Führungsspuren 3, die senkrecht auf der Zeichenebene stehen. Diese Führungsspuren sind während der Fertigung des Aufzeichnungsträgers in der Führungsfläche angebracht worden und können aus beispielsweise kontinuierlichen Rillen oder aus Reihen von Vertiefungen in der Führungsfläche bestehen. Weiterhin umfasst der Aufzeichnungsträger mehrere Aufzeichnungsflächen 4, von denen eine Fläche in der Zeichnung dargestellt ist, die zum Aufzeichnen von (Benutzer-)Daten bestimmt sind. Die Führungsspuren der Führungsfläche sind nicht in die Aufzeichnungsflächen übernommen worden.
  • Das Gerät zum Einschreiben und Auslesen von Information, beispielsweise Daten, in diesem Aufzeichnungsträger nutzt zwei Strahlungsbündel, ein Führungsbündel 5 und ein Abtastbündel 6. Das Führungsbündel 5 ist in der Zeichnung durch ausgezogene Linien dargestellt und das Abtastbündel 6 durch gestrichelte Linien. In Teilen des optischen Weges, wo die beiden Bündel zusammenfallen können, sind die ausgezogene Linie und die gestrichelte Linie nebeneinander gezeichnet, nur um anzugeben, dass es dort zwei Bündel gibt.
  • Das Führungsbündel wird von einer Strahlungsquelle 5' erzeugt, die in dem Fokus einer Linse 5'' angeordnet ist, und geht über einen Spiegel 9 zu einem Objektivsystem 10. Dieses System fokussiert das Führungsbündel auf die Führungsfläche 2 des Aufzeichnungsträgers. Um den Führungsfokus 11 des Führungsbündels bei einem beweglichen Aufzeichnungsträger in der Führungsfläche zu halten, muss die Längsposition des Fokus, d.h. die Position längs der Hauptachse des Bündels, aktiv geregelt werden. Dazu wird an der Führungsfläche reflektierte und durch das Objektivsystem aufgefangene Strahlung des Führungsbündels über ein Bündeltrennelement 7, beispielsweise einen teildurchlässigen Spiegel, und eine Linse 13' zu einem ersten Detektionssystem 13 geleitet. Dieses System liefert an seinem Ausgang ein Fokusfehlersignal Sf, d.h. ein Signal, das für den Abstand zwischen der Führungsfläche und der Fläche, in der das Führungsbündel mittels des Objektivsystems fokussiert wird, repräsentativ ist. Das Fokusfehlersignal steuert über einen Schalter 30 und einen ersten Servoverstärker 14 einen Linearmotor 15, der die Längsposition des Objektivsystems 10 und damit auch die des Führungsfokus 11 bestimmt. Das Detektionssystem 13, der Verstärker 14, der Motor 15 und das Objektivsystem 10 bilden zusammen das erste Servosystem des Gerätes. Dieses erste Servosystem sorgt dafür, dass das Führungsbündel 5 immer genau auf die Führungsfläche 2 fokussiert ist. Dies ist notwendig, um eine optimale Detektion der in dieser Fläche vorhandenen Führungsinformation zu garantieren, sodass unter anderem der Führungsfokus 11 immer einer gewünschten Spur 3 in der Führungsfläche folgt.
  • Diese Spurfolge ist möglich, weil das Detektionssystem 13, das an der Führungsfläche reflektierte Strahlung des Führungsbündels auffängt, auch ein so genanntes Spurfolgefehlersignal Sr liefert. Dieses Signal ist für das Ausmaß, in dem die Mitte des Führungsfokus mit der Mittellinie einer zu folgenden Spur in der Führungsfläche zusammenfällt, repräsentativ. Das Signal Sr steuert über einen Servoverstärker 16 ein Antriebsglied 17 für den Spiegel 9, der schwenkbar angeordnet ist. Durch Schwenken dieses Spiegels um eine Achse senkrecht zur Zeichenebene kann der Führungsfokus in der Querrichtung, d.h. in einer Richtung in der Führungsfläche und quer zur Spurrichtung verlagert werden. Das Detektionssystem 13, der Verstärker 16 und die Antriebsvorrichtung 17 mit dem Spiegel 9 bilden ein zweites Servosystem.
  • Das Abtastbündel wird von einer zweiten Strahlungsquelle 18 erzeugt, die in dem Fokus einer Linse 18' liegt. Dieses Bündel wird von einem reflektierenden Element 19 zu einem Einkoppelelement 8, beispielsweise einem teildurchlässigen Spiegel oder einen wellenlängen-selektiven Spiegel, in den Weg des Führungsbündels 5 eingekoppelt. Dieses Bündel erreicht dann über den Reflektor 9 das Objektivsystem 10, das einen Abtastfokus 36 bildet. Dieser Abtastfokus muss immer genau positioniert sein, sowohl in der Längsrich tung bezüglich einer abzutastenden Aufzeichnungsschicht 4 als auch in der Querrichtung in dieser Schicht.
  • Ein Aufzeichnungsträger mit unterschiedlichen Aufzeichnungsschichten kann, was die Spurfolgeinformation oder allgemeiner, was die Führungsinformation anbelangt, im Prinzip verschiedenartig ausgebildet sein. 2a zeigt einen Aufzeichnungsträger mit einer Führungsfläche 2, die von einem Substrat 40 getragen werden kann. Die Führungsfläche umfasst Führungsspuren 3 in Form kontinuierlicher Rillen oder bestehend aus diskreten Vertiefungen mit einer Tiefe in der Größenordnung von 60 nm. Die Aufzeichnungsschichten 41 bis 4n sind vorzugsweise 10 bis 100 nm dick und sind durch Zwischenschichten 42 voneinander getrennt. Wenn diese Zwischenschichten wesentlich dünner sind als 1 μm, werden die Umrisse der Führungsspuren 3, die im Prinzip nur in der Führungsfläche vorgesehen sind, zwar auch in der ersten Aufzeichnungsschicht 41 , in der zweiten Aufzeichnungsschicht 42 usw. vorhanden sein, aber mit stark abnehmender Tiefe und dadurch zur Spurfolge weniger brauchbar. In den höheren Informationsschichten sind die genannten Umrisse nicht vorhanden.
  • Eine andere Möglichkeit ist, jede Aufzeichnungsschicht gesondert mit Führungsinformation zu versehen, wie dies in 2b dargestellt ist. Dann muss jedoch für jede Aufzeichnungsschicht ein Abdruckverfahren mit Hilfe einer Matrize durchgeführt werden, was die Herstellung des Aufzeichnungsträgers sehr teuer macht.
  • Gemäß der Erfindung wird ein in 2a dargestellter Aufzeichnungsträger verwendet, von dem nur die Führungsfläche mit Führungsinformation versehen ist. Beim Einschreiben von Information in einer Aufzeichnungsschicht wird diese Führungsinformation benutzt, die, mit Hilfe des Führungsbündels, detektiert und der gefolgt wird.
  • Dies wird dadurch verwirklicht, dass, wie oben bereits angegeben und in 1b dargestellt, das Schreibbündel in den Weg des Führungsbündels eingekoppelt wird, sodass das Schreibbündel und folglich der Schreibfokus simultan mit dem Führungsbündel von dem Schwenkspiegel 9 in die Querrichtung geleitet wird. Im Prinzip folgt der Schreibfokus dann der gleichen Spur wie der Führungsfokus, wobei das zweite Servosystem (13, 16, 17, 9) es dem Führungsfokus ermöglicht, den Führungsspuren 3 sehr genau, beispielsweise innerhalb von 100 nm, zu folgen.
  • Diese passive Quersteuerung des Abtastfokus ist während des Einschreibvorgangs durchaus brauchbar, weil bei diesem Vorgang nur von Bedeutung ist, dass der Schreibfokus derselben oder einer ähnlichen Spur folgt wie der Führungsfokus. Dabei ist es nicht notwendig, dass die in der Führungsfläche projizierte Spur des Schreibfokus genau mit der des Führungsfokus zusammenfällt. Dies wäre anders, wenn eine bereits beschriebene Aufzeichnungsfläche mit einem Lesefokus ausgelesen würde, dessen Querposition auf die oben beschriebene Weise an die des Führungsfokus gekoppelt wäre. Die gegenseitige Lage des Abtastfokus und des Führungsfokus werden bei dieser Kopplung durch die gegenseitige Lage der beiden Strahlungsquellen 5' und 18 und durch die Lage der Strahlteiler 7, 8 und 19 bestimmt. Wenn das optische Systems zwischen der Strahlungsquelle und dem Fokus beispielsweise einen Vergrößerungsfaktor 5 hat, müssen die Abstände zwischen den Strahlungsquellen innerhalb beispielsweise 500 nm konstant gehalten werden, um den Spuren in der Aufzeichnungsfläche innerhalb 100 nm zu folgen. Infolge mechanischer Instabilitäten und thermischer Effekte sind derartige Toleranzen in einem Gerät sehr schwer zu realisieren.
  • Wenn ein Aufzeichnungsträger mit einem ersten Gerät beschrieben und mit einem entsprechenden zweiten Gerät ausgelesen werden soll, tritt beim Auslesen mit einem Lesebündel und einem Führungsbündel das zusätzliche Problem auf, dass für das eine Gerät die Abweichung zwischen den Positionen des Führungsfokus und des Lesefokus anders ist als für das andere Gerät.
  • Um die genannten strengen Toleranzanforderungen und Probleme zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung beim Lesen die Querposition des Abtastfokus mit Hilfe an einer abgetasteten Aufzeichnungsfläche reflektierter Strahlung des Lesebündels aktiv gesteuert. Diese Strahlung folgt dem Weg des Lesebündels in umgekehrter Richtung und wird über das teildurchlässige Element 19 und eine Linse 22' von einem Detektionssystem 22 aufgefangen. Die Quersteuerung des Lesefokus wird mit einem dritten Servosystem, bestehend aus dem Detektionssystem 22, einem ersten Schalter 23, einem Servoverstärker 24 und einem Querverschieber 25, durchgeführt. Das Detektionssystem 22 liefert ein Spurfolgefehlersignal Sr1, das den Querabstand zwischen dem Abtastfokus und der Mitte einer Spur in einer Aufzeichnungsfläche angibt. Beim Beschreiben einer Aufzeichnungsfläche 4 ist der Schalter 23 geöffnet, und es findet keine aktive Regelung für die Spurfolge des Abtastfokus statt. Beim Auslesen ist der Schalter geschlossen und das Spurfolgefehlersignal Sr1 wird zu dem Verstärker 24 weitergeleitet, der seinerseits das verstärkte Signal dem Querverschieber 25 zuführt. Der Verschieber ist ein optisches Element, das die Richtung des Abtastbündels über einen kleinen Winkel ändern kann. Diese Richtungsänderung wird durch das Objektivsystem in eine Änderung der Querposition des Abtastfokus umgewan delt. Die Spurfolgeregelung dieses dritten Servosystems kann der Regelung des zweiten Servosystems, das mittels des Spiegels 9 arbeitet, überlagert sein.
  • Es empfiehlt sich jedoch, beim Lesen das zweite Servosystem auszuschalten und den Servoverstärker 24 den Spiegel 9 ansteuern zu lassen statt des Querverschiebers 25. Letzterer ist dann überflüssig.
  • Wenn, wie in der japanischen Patentanmeldung 63-234 418 vorgeschlagen, die Aufzeichnungsschichten eine Dicke von 300 bis 500 nm und die Zwischenschichten eine Dicke von 0,5 bis 1 μm haben, tritt das Problem auf, dass, wenn das Abtastbündel auf eine der Aufzeichnungsflächen fokussiert ist, wegen der nicht unendlich kleinen Schärfentiefe des Bündels am Ort der benachbarten Aufzeichnungsflächen ein relativ kleiner Abtastfleck gebildet wird. Die Schärfentiefe eines Bündels mit einer numerischen Apertur von 0,52 und einer Wellenlänge von 0,82 μm ist ± 1,5 μm, was bedeutet, dass die Intensität auf der optischen Achse bei einem von dem Fokuspunkt um 1,5 μm entfernten Punkt noch immer um einen Faktor 0,8 größer ist als die in dem Fokuspunkt. Beim Einschreiben in der Aufzeichnungsfläche wird eine Nachbarfläche in einem Abstand von 1 μm auch beschrieben werden, während beim Auslesen einer Aufzeichnungsfläche die Nachbarflächen starke Störsignale liefern werden.
  • Dieses Problem könnte dadurch vermieden werden, dass die Aufzeichnungsschichten wellenlängenselektiv gemacht werden und für jede Schicht eine gesonderte Strahlungsquelle in dem Gerät vorgesehen wird. Ein Abtastbündel für eine bestimmte Aufzeichnungsfläche wird andere Aufzeichnungsflächen dann nicht beeinflussen oder dadurch beeinflusst werden. Ein Nachteil dieser Lösung ist die begrenzte Wahl an Material für die Aufzeichnungsflächen und an Strahlungsquellen mit verschiedenen Wellenlängen. Dadurch wird die mögliche Anzahl Aufzeichnungsflächen in dem Aufzeichnungsträger erheblich eingeschränkt.
  • Ein besseres Verfahren ist, die Dicke der Zwischenschichten 42 wesentlich größer zu machen als die Schärfentiefe des Bündels. Dies erfordert jedoch ein anderes Herstellungsverfahren als für dünne Schichten. Schichten bis zu 1 μm Dicke lassen sich im Zerstäubungsverfahren oder im Aufdampfverfahren herstellen. Diese Verfahren sind aber zu langwierig für dickere Schichten. Dazu ist es besser, Material aufzuschleudern. Mit der heutigen Technologie ist es nicht möglich, die Dickenschwankung aufgeschleuderter Schichten weitgehend innerhalb 1 μm zu halten.
  • Infolge dieser Dickenschwankungen kann keine passive Steuerung des Abtastfokus mehr angewendet werden, wie dies in der japanischen Patentanmeldung 63-1298836 vorgeschlagen wird. Bei der Steuerung wird nämlich der Abtastfokus longitudinal in diskreten Abständen von dem Führungsfokus platziert, wobei die Abstände durch die Ordnungszahl der abzutastenden Aufzeichnungsschicht bestimmt werden. Dabei wird angenommen, dass die Abstände zwischen der Führungsfläche 2 und den Aufzeichnungsflächen 4 und folglich die Dicke der Zwischenschichten 42 sehr genau konstant ist. Wenn die Schwankung der Zwischenschichtdicke größer ist als die Schärfentiefe des Abtastbündels, wird, selbst wenn der Führungsfokus in der Führungsfläche liegt, der Abtastfokus nicht immer in der abzutastenden Aufzeichnungsfläche liegen.
  • Gemäß einem Beispiel wird dieses Problem dadurch gelöst, dass der Abtastfokus sowohl beim Schreiben als auch beim Lesen aktiv geregelt wird. Dabei wird wieder an der abzutastenden Aufzeichnungsschicht reflektierte Strahlung des Abtastbündels genutzt, die von dem Detektionssystem 22 aufgefangen wird. Dieses System liefert ein Fokusfehlersignal Sf1, das Information über eine Abweichung zwischen der Längsposition des Abtastfokus und der abzutastenden Aufzeichnungsfläche enthält. Die aktive longitudinale Steuerung des Abtastfokus wird mit Hilfe eines vierten Servosystems durchgeführt, das aus dem Detektionssystem 22, einem Aufzeichnungsflächenselektor 26, einem Servoverstärker 27, einem zweiten Schalter 28 und einem Längsverschieber 20 besteht. Der Aufzeichnungsflächenselektor 26 von 1a enthält einen Flächendiskriminator 261 , der für jeden Durchgang des Abtastfokus durch eine Aufzeichnungsfläche einen Impuls abgibt. Dabei kann man beispielsweise das Fokusfehlersignal benutzen, das bei jeder Aufzeichnungsfläche und Führungsfläche einen Nulldurchgang hat. Wenn der Abtastfokus das Schichtenpaket des Aufzeichnungsträgers abtastet, wird der Flächendiskriminator beim Durchgang durch jede Aufzeichnungsfläche einen Impuls abgeben. Ein Zähler 262 zählt die Impulse, wobei die Bewegungsrichtung des Abtastfokus in Bezug auf die Aufzeichnungsflächen bestimmt, ob addiert oder subtrahiert werden muss. Der Ausgang des Zählers 262 ist mit einem ersten Eingang einer Vergleichsschaltung 263 verbunden, während einem zweiten Eingang die Ordungszahl der selektierten Aufzeichnungsschicht zugeführt wird. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die gewünschte Aufzeichnungsfläche vorbei kommt, wird das Fokusfehlersignal Sf1 über einen Schalter 264 , der durch die Vergleichsschaltung 263 bedient wird, zu dem Servoverstärker 27 weitergeleitet. Das Ausgangssignal dieses Verstärkers wird über einen geschlossenen Schalter 28 dem Längsverschieber 20 zugeführt, wodurch bewirkt wird, dass der Abtastfokus mit der selektierten Aufzeichnungsfläche zusammenfällt. Die Fokusregelung dieses vierten Servosystems ist der Regelung des ersten Servosystems, das mit Hilfe des Objektivsystems 10 arbeitet, überlagert. Es ist nun möglich, sowohl den Führungsfokus als auch den Abtastfokus aktiv in der richtigen Fläche zu halten.
  • Wenn ein fokussiertes Bündel eine Platte aus transparentem Material durchläuft, wird die Platte eine Menge sphärischer Aberration in dem Bündel erzeugen, die zu der Dicke der Platte proportional ist. Die sphärische Aberration beeinträchtigt die Qualität des Fokus des Bündels. Der Abtastfokus 36 kann auf verschiedenen Schichten in dem Aufzeichnungsträger 1 positioniert werden. Bei der Längsverschiebung des Abtastfokus durch den Aufzeichnungsträger hindurch wird sich die Dicke des abzutastenden Materials des Aufzeichnungsträgers zwischen dem Objektivsystem 10 und dem Abtastfokus 36 ändern. Dadurch ändert sich die Menge sphärischer Aberration am Ort des Abtastfokus. Geräte mit einem Objektivsystem 10 mit einer numerischen Apertur von 0,52 können meistens eine Dickenänderung von + oder –50 μm tolerieren, ohne dass der Abtastfokus zu schlecht wird. Mit anderen Worten, der Abtastfokus hat einen Tiefenbereich von 100 μm. Wenn die Aufzeichnungsflächen einen gegenseitigen Abstand von etwa 15 μm haben, d.h. mehrere Male die Schärfentiefe des Objektivsystems, lassen sich in einer Dicke von 100 μm nur einige Aufzeichnungsflächen anbringen. Will man mehr solcher Aufzeichnungsflächen in einem Aufzeichnungsträger vorsehen, so wird der Abtastfokus sich über mehr als 100 μm verschieben müssen. Es ist dann ein Korrekturelement zum Korrigieren der erzeugten sphärischen Aberration in dem Abtastbündel erforderlich. Eine Korrektur jede 50 oder 100 μm der Längsverschiebung des Abtastfokus ist meistens ausreichend.
  • Ein einfaches Korrekturelement besteht aus einer Platte aus Glas oder Kunststoff, die in einem nicht kollimierten Teil des Abtastbündels platziert werden kann. Die Dicke und die Brechzahl der Platte sollen derart sein, dass die für die Korrektur erforderliche Menge sphärischer Aberration in dem Abtastbündel erzeugt wird. Die Dicke und die Brechzahl sind von der Vergenz des Abtastbündels am Ort der Platte und am Ort des Aufzeichnungsträgers abhängig.
  • Eine Korrektur der sphärischen Aberration in dem Gerät von 1b kann dadurch durchgeführt werden, dass zwei Korrekturelemente sowohl in dem Führungs- als auch in dem Abtastbündel platziert werden. Ein Korrekturelement C1, beispielsweise eine Platte mit Gebieten unterschiedlicher Dicke, wird zwischen der Strahlungsquelle 18 und der Kollimatorlinse 18' in dem Abtastbündel 6 angeordnet. Das Abtastbündel kann durch Ver schieben des Korrekturelementes jedes dieser Gebiete abtasten. Wenn der dünnste Teil des Korrekturelementes in dem Abtastbündel liegt und der Abtastfokus 36 auf der am weitesten von dem Objektivsystem 10 entfernten Aufzeichnungsschicht 4 positioniert ist, sollte der Abtastfokus nahezu frei von sphärischer Aberration sein. Dies sollte mit einem speziellen Linsenentwurf für das Objektivsystem verwirklicht werden. Wenn der Abtastfokus auf eine Aufzeichnungsfläche näher bei dem Objektivsystem positioniert wird, muss ein dickerer Teil des Korrekturelementes C1 in das Abtastbündel eingebracht werden, um die gewünschte Korrektur der sphärischen Aberration zu erhalten. Wenn es notwendig ist, am Ort des Detektionssystems 22 minimale Aberrationen zu haben, sollte zwischen dem genannten Detektionssystem und der Linse 22' zudem ein zweites Korrekturelement C2, das mit dem Korrekturelement C1 vergleichbar ist, angeordnet werden. Die Korrekturelemente C1 und C2 sollten immer eine gleiche Menge sphärischer Aberration in dem Abtastbündel erzeugen. Ein drittes Korrekturelement C3 zwischen der Strahlungsquelle 5' und der Kollimatorlinse 5'' sollte dafür sorgen, dass das Führungsbündel 5 nach dem Durchgang durch das Objektivsystem mit dem genannten Spezialentwurf einen aberrationsfreien Abtastfokus 11 auf der Führungsfläche 2 liefert. Das gleiche Korrekturelement C4 kann vor dem Detektionssystem 13 angeordnet werden, und zwar aus demselben Grund, aus dem das Korrekturelement C2 vor dem Detektionssystem 22 angeordnet wird. Die Korrekturelemente C3 und C4 können mit der Linse 5' bzw. 13' integriert werden, indem diese Linsen einen geänderten Entwurf erhalten. Die von den Korrekturelementen C1 und C3 in dem Abtast- und Führungsbündel erzeugte sphärische Aberration sorgt dafür, dass die Bündel sich zwischen den Korrekturelementen und dem Objektivsystem ausfächern. Die nachteiligen Effekte hiervon können dadurch verringert werden, dass die optischen Wege des Führungs- und des Abtastbündels möglichst kurz gemacht werden.
  • Die Korrekturelemente C1 und C2 können auch aus einer Anzahl Platten bestehen, die je eine konstante Dicke haben, wobei sich eine oder mehrere in dem Abtastbündel befinden können.
  • Eine vorteilhaftes Beispiel für das Gerät hat nur ein Korrekturelement C5 in dem noch zu beschreibenden Längsverschieber 20, statt der zwei Korrekturelemente C1 und C2 vor der Strahlungsquelle 18 und dem Detektionssystem 22. Wie in 4a angegeben, kann die Konstruktion des Korrekturelementes C5 mit der des Korrekturelementes C1 vergleichbar sein.
  • Eine weitere Vereinfachung wird erhalten, wenn in dem Aufzeichnungsträger 1 die Führungsfläche 2 nicht die am nächsten bei dem Objektivsystem 10 liegende Fläche ist, wie in 1b angegeben, sondern die am weitesten davon entfernte Fläche. Dann können die Korrekturelemente C3 und C4 entfallen.
  • In einem speziellen Beispiel hat das Abtastgerät, in dem ein Führungsbündel und ein Abtastbündel verwendet wird, nur ein Korrekturelement, das zwischen der Objektivlinse 10 und dem Aufzeichnungsträger 1 angeordnet ist. Das Korrekturelement beeinflusst an dieser Stelle die beiden Bündel. Der Führungsfokus darf dann von dem Korrekturelement eine bestimmte Menge sphärischer Aberration erhalten. Dieses Korrekturelement vergrößert den Tiefenbereich des Abtastfokus ohne Korrektur um mindestens einen Faktor zwei.
  • In einem Mehrschichtplattenabtastgerät ohne Führungsbündel kann die Aberrationskorrektur zugleich von nur einem einstellbaren Korrekturelement durchgeführt werden, das zwischen der Objektivlinse und dem Aufzeichnungsträger angeordnet ist.
  • Das Korrekturelement für die sphärische Aberration kann allgemein in einem Gerät zum Abtasten von Mehrschichtaufzeichnungsträgern verwendet werden, nicht nur in einem Gerät, in dem ein Führungsbündel und ein Abtastbündel verwendet werden, sondern auch in einem Gerät ohne Führungsbündel.
  • Die Benutzerdaten können in dem Gerät in jeder gewünschten Form eingeschrieben werden, abhängig von dem Typ des empfindlichen Materials in der Aufzeichnungsfläche: in Form magnetischer Domänen, in Gebieten mit veränderten Legierungsphasen, in Gebieten mit geänderter Kristallisationsform usw. Die Daten in den Aufzeichnungsflächen lassen sich mit Hilfe des Detektionssystems 22 in dem reflektierten Abtastbündel auslesen, was ein Informationssignal Si1 ergibt, das einer Verarbeitungseinheit 32 zugeführt wird. Solange das Detektionssystem die Daten in einer Aufzeichnungsfläche auslesen kann, gibt es bestimmt ein genügend starkes Signal, um ein Spurfolge- und Fokusfehlersignal zur Steuerung der Servosysteme des Abtastbündels zu erzeugen. Es stellt sich heraus, dass ein Reflexionskoeffizient einer Aufzeichnungsfläche von einigen Prozent bereits ausreicht.
  • Beim Auslesen von Information muss zum einwandfreien Decodieren des Lesesignals in der Verarbeitungseinheit 32 ein Taktsignal erzeugt werden. Man könnte jede Aufzeichnungsfläche mit Synchronisationsmarken versehen, aus denen das Taktsignal hergeleitet werden kann. Wenn dies bei der Herstellung geschieht, ist jedoch ein aufwendiges Präge- oder Abdruckverfahren für jede Aufzeichnungsschicht erforderlich. Der Aufzeich nungsträger enthält deswegen vorzugsweise aufgeschleuderte Schichten ohne eingeprägte Synchronisationsmarken. Bei einem derartigen Aufzeichnungsträger muss das Taktsignal aus der in die Aufzeichnungsflächen eingeschriebenen Information erzeugt werden. Deswegen empfiehlt es sich, die Daten mit einem selbsttaktenden Code in die Aufzeichnungsschicht einzuschreiben. Dann kann die Verarbeitungseinheit aus dem Informationssignal Si1 selber das Taktsignal herleiten. Ein Beispiel für einen derartigen Code ist der (2,7)-Aufzeichnungscode, bekannt aus der US-Patentschrift Nr. 3.689.899 .
  • Eine neuartige Ausführungsform eines Aufzeichnungsträgers, der sich in dem beschriebenen Gerät verwenden lässt, ist in 3 dargestellt. Die einfache Aufzeichnungsschicht 43 ist so dick, dass darin mehrere Aufzeichnungsflächen 4 beschrieben werden können. In 3 sind zwei Aufzeichnungsflächen dargestellt. Vor dem Einschreiben ist die Aufzeichnungsfläche noch undefiniert. Deswegen muss der Abtastfokus, mit dem die Fläche beschrieben wird, nicht nur in der Querrichtung, sondern auch in der Längsrichtung mit dem Führungsfokus gekoppelt werden, wobei der Führungsfokus den Spuren in der Führungsfläche 2 folgt. Beim Einschreiben ist der Schalter 23 geöffnet und die Längsposition des Schreibfokus wird durch ein Einstellglied 21 bestimmt, das dann über den Schalter 28 mit dem Längsverschieber 20 verbunden ist. Dieses Einstellglied liefert ein Signal, das eine Anzahl diskrete Pegel aufweisen kann, die je einer bestimmten Längsposition des Schreibfokus in der Aufzeichnungsschicht 43 des Aufzeichnungsträgers nach 3 entsprechen können. Nachdem eine bestimmte Fläche 4 dieses Aufzeichnungsträgers beschrieben worden ist, kann diese als Fläche für die aktive Fokussteuerung dienen. Dabei befindet sich der Schalter 28 in einer Stellung, in der der Ausgang des Servoverstärkers 27 mit dem Längsverschieber 20 verbunden ist. Diese Steuerung wird beim Auslesen einer beschriebenen Schicht 4 benutzt, wobei zugleich der Schalter 23 geschlossen ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des Aufzeichnungsträgers kann auch die Führungsfläche mit einer empfindlichen Schicht versehen werden, sodass auch diese Fläche mit Benutzerinformation versehen werden kann, wodurch die Speicherkapazität des Aufzeichnungsträgers größer wird.
  • Wenn verschiedene Benutzer außer ihren eigenen spezifischen Daten eine Menge Daten, die für sie alle dieselbe ist (Standarddaten), verfügbar haben möchten, können diese Standarddaten vorher vom Hersteller auf dem Aufzeichnungsträger aufgezeichnet werden, vorzugsweise in der Führungsfläche.
  • Einige Aspekte des Gerätes sollen näher beschrieben werden. In 4a, 4b, 4c und 4d sind einige Ausführungsformen der Schieber 20 und 25 dargestellt. Der Längsverschieber in 4a besteht aus zwei Linsen 50 und 51, die aus der von der Quelle 18 ausgesandten Strahlung ein nahezu kollimiertes Bündel 6 bilden. Durch eine geringfügige Verschiebung der Linse 51 entlang der optischen Achse kann die Vergenz der austretenden Bündel etwas geändert werden. Dadurch verschiebt sich der durch das Objektiv 10 gebildete Fokus in der Längsrichtung. Bei Verwendung eines Fokusmotors, der in einem bekannten CD-Spieler zum Verlagern der Linse 51 eingesetzt wird, kann der Abtastfokus 36 innerhalb einiger Millisekunden auf einer anderen Aufzeichnungsschicht positioniert werden. Die Platte C5 kann zum Korrigieren sphärischer Aberration zwischen die Linsen 50 und 51 gebracht werden. Eine andere Ausführungsform eines Längsverschiebers, bekannt aus der japanischen Patentanmeldung Nr. 63-234418 , ist in 4b dargestellt. Die Strahlung aus der Quelle 18 wird durch einen Kollimator 52 zu einem nahezu kollimierten Bündel 6 geformt. Die Quelle 18 ist auf einem piezoelektrischen Kristall 53 angeordnet. Mit einer Spannung an dem Kristall lässt sich der Laser über einen geringen Abstand längs der optischen Achse verschieben. Dadurch kann die Vergenz des austretenden Bündels verändert werden.
  • Der Querverschieber von 4c umfasst einen Kippspiegel 54, der in dem Abtastbündel 6 angeordnet ist. Eine Drehung des Spiegels ändert die Richtung des Bündels 6, wobei die Richtungsänderung durch das Objektiv in eine Querverschiebung des Abtastfokus 36 umgewandelt wird. Die Teilplatte 19 kann als Kippspiegel verwendet werden, wenn die Strahlungsquelle 18 und die Detektionsfläche 22 ihren Platz tauschen. Die Richtung des Bündels 6 kann auch mit einem akustisch-optischen Modulator 55 geändert werden, wie in 4d angegeben. Die Richtungsänderung des austretenden Bündels 6 ist abhängig von der Steuerspannung 56, die dem Modulator zugeführt wird.
  • Das Gerät kann auch ohne den Querverschieber ausgebildet sein. Zum Auslesen der Aufzeichnungsflächen wird dann statt eines gesonderten Abtastbündels 6 das Führungsbündel 5 verwendet. Beim Einschreiben wird das Abtastbündel zusammen mit dem Führungsbündel verwendet, wobei keine aktive Quersteuerung des Abtastbündels notwendig ist.
  • Für einen einwandfreien Betrieb des Gerätes ist es erwünscht, den Längs- und den Querverschieber 20 und 25 zu kalibrieren. Beim Beschreiben eines nicht geschichteten Aufzeichnungsträgers wird die Längsposition des Schreibfokus durch das Einstell glied 21 und den Längsverschieber 20 bestimmt. Die unvermeidbare Schwankung von Parametern bei diesen Elementen erfordert eine Kalibrierung, wenn die Elemente in einem nicht-rückgekoppelten System verwendet werden. Zum Kalibrieren wird der Führungsfokus mit Hilfe der Linse 10 in die Führungsfläche gebracht. Daraufhin wird das Einstellglied 21 so eingestellt, dass auch der Schreibfokus in der Führungsfläche liegt. Dies lässt sich durch einen Vergleich der Information in dem Signal Si1 des Detektors 22 und in dem Signal Si des Detektors 13 überprüfen. Auf Basis dieser kalibrierten Einstellung lässt sich nun die Längsposition des Schreibfokus in kleinen Schritten zum Beschreiben der verschiedenen Aufzeichnungsflächen andern.
  • Vor dem Beschreiben einer Aufzeichnungsfläche empfiehlt sich eine vergleichbare Kalibrierung des Querverschiebers 25. Dies ist insbesondere erwünscht, wenn man hinter einem bereits in einer Aufzeichnungsfläche beschriebenen Gebiet mit dem Beschreiben derselben Aufzeichnungsfläche fortfahren möchte. Der Querabstand zwischen dem Führungs- und dem Schreibfokus wird infolge von Einstellschwankungen in dem Gerät am Anfang des zweiten Schreibvorgangs höchstwahrscheinlich nicht mehr derselbe sein wie am Ende des vorhergehenden Schreibvorgangs. Dadurch besteht das Risiko, dass die zu beschreibenden Spuren durch die zuletzt beschriebenen Spuren des vorher durchgeführten Schreibvorgangs hindurchgehen. Durch eine Kalibrierung lässt sich dies vermeiden. Dazu bringt man den Führungs- und Schreibfokus in die Führungsfläche, wie oben beschrieben. Danach stellt man den Querverschieber 25 mit einem (in 1 nicht dargestellten) Einstellglied so ein, dass der Schreibfokus sich in derselben Spur befindet wie der Führungsfokus. Dies lässt sich durch einen Vergleich der Informationssignale Si und Si1 des Führungsbündels 5 bzw. des Bündels 6 kontrollieren. Danach kann der Schreibfokus zu einer zu beschreibenden Aufzeichnungsfläche verlagert werden, wobei die Einstellung des Querverschiebers beibehalten wird.
  • In 5 ist ein Teil eines Beispiels für das Gerät dargestellt, wobei der Aufzeichnungsträger in Transmission ausgelesen wird. Das Abtastbündel 6, in der Zeichnung gestrichelt dargestellt, tastet nun alle Schichten des Aufzeichnungsträgers 1 ab, sodass die Stärke des zu detektierenden Bündels von der Aufzeichnungsfläche, auf der der Abtastfokus positioniert ist, unabhängig ist. Das durch den Aufzeichnungsträger getretene Bündel wird von einer Linse 61 auf einen Detektor 62 fokussiert, der dann das Informationssignal Si1 liefert. Wenn beim Auslesen sowohl das Abtastbündel 6 als auch das Führungsbündel 5 vorhanden sind, wird ein Filter 63 verwendet, das nur eines der Bündel zu dem Detektor 62 hindurchlässt, um eine Störung des Informationssignals zu vermeiden.
  • Eine derartige Trennung zwischen dem Abtastbündel und dem Führungsbündel ist auch an anderen Stellen im Gerät erforderlich, um dafür zu sorgen, dass das Detektionssystem 13 bzw. 22 in 1b nur Strahlung aus dem Bündel 5 bzw. 6 empfängt. Hierzu sind um den Strahlteiler 8 herum zwei Filter 34 und 35 angeordnet. Die Eigenschaften der Filter sind von der Art und Weise der Bündeltrennung abhängig. Bei Verwendung von Strahlungsquellen unterschiedlicher Wellenlänge werden 34 und 35 chromatische Filter sein. Bei Verwendung verschiedener Polarisationszustände der Bündel 5 und 6 werden 34 und 35 Polarisationsfilter sein. Derartige Filter lassen sich mit einem Strahlteiler 8 gut zu einem einzigen Element in Form eines Würfels mit aufgedampften chromatischen Filtern oder eines Würfels mit einer polarisationsempfindlichen Teilerfläche kombinieren. Wenn den Bündeln 5 und 6 je eine etwas andere Richtung gegeben wird, sind 34 und 35 räumliche Filter. Ein derartiges Filter kann aus einem Teleskopsystem mit einem "einhole" am Fokuspunkt oder aus "Pinholes" für die Detektionssysteme 13 und 22 bestehen. Kombinationen der obengenannten drei Bündeltrennverfahren sind auch möglich. Wenn die Trennung der an dem Aufzeichnungsträger reflektierten Bündel und der von den Strahlungsquellen ausgestrahlten Bündel mit einem möglichst geringen Strahlungsverlust einhergehen muss, kann der Strahlteiler 8 durch einen polarisierenden Strahlteiler und ein λ/4-Plättchen ersetzt werden.
  • Die Detektionssysteme 13 und 22 zum Erzeugen eines Fokusfehlersignals Sf, Sf1, von Spurfolgefehlersignalen Sr und Sr1 und von Informationssignalen Si, Si1 sind in 1b nur schematisch dargestellt. In Wirklichkeit kann ein Fokusfehlerdetektionssystem ein astigmatisches Element aufweisen, beispielsweise eine Zylinderlinse, die im Weg des reflektierten Bündels liegt, und das strahlungsempfindliche Detektionssystem kann aus vier in verschiedenen Quadranten liegenden Detektionselementen bestehen. Dann wird die sog. astigmatische Fokusfehlerdetektionsmethode verwendet, die in der US-Patentschrift 4.023.033 beschrieben wird. Das Fokusfehlersignal kann auch mit der sog. doppelten Foucaultmethode erhalten werden, bei der ein Dachprisma in das reflektierte Bündel gebracht worden ist und vier in einer Linie ausgerichtete Detektionselemente verwendet werden. Die Foucaultmethode wird beispielsweise in der US-Patentschrift 4.533.826 beschrieben. Statt eines Prismas kann auch ein Gitter verwendet werden, wie in der US-Patentschrift 4.665.310 beschrieben.
  • Das System zum Erzeugen eines Spurfolgefehlersignals kann zum Bilden dreier Strahlungsflecke auf dem Aufzeichnungsträger im Weg des Bündels ein Gitter enthalten und zum Auffangen von Strahlung dieser drei Strahlungsflecke drei strahlungsempfindliche Elemente, wie in der US-Patentschrift 3.876.842 beschrieben. Ein anderes Verfahren zum Erzeugen eines Spurfolgefehlersignals ist das sog. differentielle oder "Push-Pull"-Verfahren, das in der US-Patentschrift 4.491.940 beschrieben wird.
  • Die Erfindung wurde anhand der Ausführungsform des Gerätes beschrieben, wie sie in 1b dargestellt ist, wobei das Abtastbündel nacheinander als Schreibbündel und als Lesebündel verwendet wird. Dies bedingt, dass das Gerät vier Servosysteme aufweisen muss: ein Fokus- und Spurfolgeservosystem für das Führungsbündel und ein Fokus- und Spurfolgeservosystem für das Abtastbündel. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Abtastbündel nur als Schreibbündel verwendet, während das Führungsbündel auch als Lesebündel verwendet wird. Da beim Einschreiben für das Schreibbündel keine aktive Spurfolgeregelung erforderlich ist, sind für dieses Gerät drei Servosysteme ausreichend: ein Fokus- und Spurfolgesystem für das Führungsbündel und ein Fokusservosystem für das Abtastbündel. In dieser bevorzugten Ausführungsform muss das Führungsbündel auf jede gewünschte Aufzeichnungsfläche eingestellt werden können. Dazu muss in dem Fokusservo ein Aufzeichnungsflächenselektor 29 vorgesehen sein, gleich dem bereits beschriebenen Selektor 26, der für einen Lesevorgang mit dem Schalter 30 eingeschaltet werden kann. Es ist auch möglich, das Führungsbündel mit Hilfe des Aufzeichnungsflächenselektors 29 auf die Führungsfläche zu fokussieren. Der Schalter 30 kann dann entfallen.
  • Es ist selbstverständlich möglich, in einem Gerät zusätzlich zu einem einzigen Führungsbündel mehrere Abtastbündel mit je einem eigenen Servosystem zu verwenden. Es ist dann möglich, zwei oder mehr Schichten gleichzeitig zu beschreiben, auszulesen oder zu löschen. Dies steigert die Geschwindigkeit der Datenübertragung.

Claims (5)

  1. Gerät zum Lesen und/oder Beschreiben eines optischen Aufzeichnungsträgers (1), der einen Stapel aus Informationsschichten (41 , 42 ) enthält, wobei benachbarte Informationsschichten durch eine Zwischenschicht (42) getrennt sind, welches Gerät mit einer Strahlungsquelle (18) und einem Objektivsystem (10) zum selektiven Fokussieren eines von der Strahlungsquelle kommenden Strahlungsbündels auf eine Informationsschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektivsystem hinsichtlich einer Menge sphärischer Aberration korrigiert ist, die gleich der sphärischen Aberration ist, die das Strahlungsbündel infolge des Durchlaufens des Aufzeichnungsträgers erleidet, wenn das Strahlungsbündel bei ungefähr der Hälfte der Höhe des Stapels aus Informationsschichten fokussiert wird.
  2. Optischer Aufzeichnungsträger (1), der einen Stapel aus Informationsschichten (41 , 42 ) aufweist, wobei benachbarte Informationsschichten durch eine Zwischenschicht (42) getrennt sind, wobei der Aufzeichnungsträger ausgebildet ist, von einem Gerät gelesen und/oder beschrieben zu werden, das ein Objektivsystem (10) enthält, das eine feste Korrektur für sphärische Aberration aufweist, um ein Strahlungsbündel (6) selektiv auf eine Informationsschicht zu fokussieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des vom Strahlungsbündel durchlaufenen Aufzeichnungsträgermaterials vom Objektivsystem bis ungefähr zur Hälfte der Höhe des Stapels eine Menge sphärischer Aberration in dem Strahlungsbündel auf sich zieht, die gleich der festen Korrektur ist.
  3. Optischer Aufzeichnungsträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Stapels kleiner oder gleich 100 Mikrometer ist.
  4. Optischer Aufzeichnungsträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke jeder Zwischenschicht ungefähr 15 Mikrometer beträgt.
  5. Optischer Aufzeichnungsträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Informationsschichten eine Führungsfläche mit Führungsspuren ist.
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