DE69731693T2

DE69731693T2 - Optische abtastanordnung eines aufzeichnungsträgers

Info

Publication number: DE69731693T2
Application number: DE69731693T
Authority: DE
Inventors: Johannes Josephus BRAAT
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1996-03-08
Filing date: 1997-02-25
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2017-02-26
Also published as: BR9702117A; KR100536102B1; EP0824754A1; WO1997033278A1; ES2231855T3; EP0824754B1; TW323360B; KR19990008377A; CN1181834A; DE69731693D1; JPH11506252A; ATE283533T1; JP3804984B2; CN1111852C

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Abtasteinrichtung zum Abtasten eines ersten Typs eines Aufzeichnungsträgers, der eine erste Informationsschicht und eine erste transparente Schicht mit einer ersten Dicke hat, und zum Abtasten eines zweiten Typs eines Aufzeichnungsträgers, der eine zweite Informationsschicht und eine zweite transparente Schicht mit einer zweiten, von der ersten Dicke unterschiedlichen Dicke hat, wobei die Einrichtung eine Strahlungsquelle zum Erzeugen eines Strahlungsbündels sowie ein Linsensystem umfasst, das zum Fokussieren des Strahlungsbündels durch die erste transparente Schicht in einen Brennpunkt auf der ersten Informationsschicht entworfen ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum optischen Abtasten eines Aufzeichnungsträgers vom ersten oder zweiten Typ. Das Abtasten enthält Schreiben, Lesen und/oder Löschen von Information in dem Aufzeichnungsträger.
Die transparente Schicht in optischen Aufzeichnungsträgern hat im Allgemeinen die Aufgabe, die Informationsschicht vor Umgebungseinflüssen zu schützen und mechanische Unterstützung für den Aufzeichnungsträger zu verschaffen, d. h. sie wirkt als Substrat für die Informationsschicht. Die Dicke der transparenten Schicht ist ein Kompromiss zwischen der gewünschten Steifigkeit des Aufzeichnungsträgers und der numerischen Apertur des zum Abtasten der Informationsschicht verwendeten Strahlungsbündels. Wenn für einen neuen Aufzeichnungsträgertyp die numerische Apertur vergrößert wird, um die Speicherdichte der Informationsschicht zu vergrößern, ist es häufig notwendig, die Dicke der transparenten Schicht zu verringern, um den Einfluss einer Schräglage der Platte auf die Qualität des Strahlungsbündels zu verringern. Folglich wird es unterschiedliche Aufzeichnungsträgertypen auf dem Markt geben, die unterschiedliche Dicken der transparenten Schicht haben. Ein kompatibler Plattenspieler sollte imstande sein, unterschiedliche Aufzeichnungsträgertypen abzutasten, ungeachtet der Dicke der transparenten Schicht.
Die transparente Schicht, durch die ein Strahlungsbündel die Informationsschicht abtastet, bringt eine so genannte sphärische Aberration in das Strahlungsbündel ein. Die sphärische Aberration kann in dem Linsensystem kompensiert werden, wodurch das Strahlungsbündel nahe seinem Brennpunkt nahezu frei von sphärischer Aberration ist.
Wenn ein Linsensystem, das hinsichtlich einer ersten Dicke der transparenten Schicht kompensiert ist, zum Abtasten eines Aufzeichnungsträgers mit einer transparenten Schicht mit einer zweiten, unterschiedlichen Dicke verwendet wird, wird die Qualität des Brennpunktes infolge der unter- oder überkompensierten sphärischen Aberration verschlechtert sein.
Die mit der Nummer EP-A-0 610 055 veröffentlichte europäische Patentanmeldung beschreibt die Verwendung einer Objektivlinsenstruktur mit doppeltem Brennpunkt in einem optischen Aufnehmer, der auf optischen Aufzeichnungsmedien mit unterschiedlichen Dicken der transparenten Schicht lesen und schreiben kann; die Objektivlinse ist ein zusammengesetztes System aus einer Hologrammlinse und einer herkömmlichen brechenden Objektivlinse.
In der nicht vorveröffentlichten internationalen Patentanmeldung IB96/00182 wird eine Einrichtung zum Abtasten optischer Aufzeichnungsträger vom ersten und zweiten Typ beschrieben. Diese Einrichtung verwendet ein Linsensystem, das zum Fokussieren eines Strahlungsbündels durch die erste transparente Schicht auf einen besten Brennpunkt auf der ersten Informationsschicht entworfen ist. Beim Abtasten eines Aufzeichnungsträgers vom zweiten Typ bildet das Linsensystem einen paraxialen Brennpunkt auf der zweiten Informationsschicht. Der beste Brennpunkt eines Bündels ist der Punkt entlang der Achse des Bündels, der die höchste Intensität aufweist. Der paraxiale Brennpunkt eines Bündels ist der Punkt der Achse des Bündels, durch den oder auf den die paraxialen Strahlen des Bündels fokussiert werden. Die am Aufzeichnungsträger reflektierte Strahlung wird von einem strahlungsempfindlichen Detektionssystem detektiert. Beim Abtasten eines Aufzeichnungsträgers vom ersten Typ verwendet das Detektionssystem alle Strahlung in dem reflektierten Bündel oder die Strahlung in einem äußeren ringförmigen Gebiet des Querschnitts des reflektierten Bündels. Beim Abtasten eines Aufzeichnungsträgers vom zweiten Typ detektiert das Detektionssystem nur Strahlung aus einem zentralen Gebiet des Querschnitts des Strahlungsbündels. Da das Linsensystem nicht entworfen ist, um ein Strahlungsbündel durch die Dicke der zweiten transparenten Schicht hindurch konvergieren zu lassen, wird das Strahlungsbündel beim Durchgang durch die zweite transparente Schicht unkorrigierte sphärische Aberration erleiden. Indem die Detektion auf die Strahlen in einem zentralen Gebiet des Bündels beschränkt wird, werden die mit starker Aberration behafteten Strahlen in dem äußeren ringförmigen Gebiet des Bündels dann einen verminderten Einfluss auf die Ausgangssignale des Detektionssystems haben.
In der nicht vorveröffentlichten internationalen Patentanmeldung IB97/00175 – siehe die internationale Veröffentlichungsnummer WO-A-9708691 –, die ein relevantes Dokument nach Art. 54(3) EPÜ ist, wird ein kompatibler optischer Aufnehmer beschrieben, der eine Kombination aus einem ringförmigen Lichtsteuerungsmittel und einer Objektivlinse zum Auslesen/Beschreiben von optischen Aufzeichnungsträgern mit unterschiedlichen Dicken der transparenten Schicht verwendet.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine optische Abtasteinrich tung entworfen worden, wie in Anspruch 1 beansprucht.
Im Allgemeinen ist der Ring konzentrisch zu dem oben erwähnten ringförmigen und zentralen Gebiet und bildet ein Zwischengebiet zwischen dem zentralen Gebiet und dem äußeren ringförmigen Gebiet in einem Querschnitt des Strahlungsbündels. Der Ring kann in einem als Ring geformten Gebiet angeordnet sein, das das ringförmige Gebiet und das zentrale Gebiet des Linsensystems trennt.
Wenn das Linsensystem ein Strahlungsbündel durch die erste transparente Schicht hindurch fokussiert, werden die Strahlen in dem ringförmigen Gebiet oder in dem kombinierten Gebiet aus dem ringförmigen Gebiet und dem zentralen Gebiet des Bündels hinsichtlich der beim Durchlaufen der ersten transparenten Schicht erlittenen sphärischen Aberration korrigiert und bilden den besten Brennpunkt. Die Mittel zum Positionieren, wie z. B. ein Fokusservosystem, nutzen in den Strahlen in zumindest dem ringförmigen Gebiet enthaltene Information, um den besten Brennpunkt auf der Informationsschicht zu positionieren.
Wenn das Linsensystem ein Strahlungsbündel durch die zweite transparente Schicht hindurch fokussiert, bilden die Strahlen in dem zentralen Gebiet des Bündels den paraxialen Brennpunkt. Die Mittel zum Positionieren nutzen in den Strahlen in dem zentralen Gebiet enthaltene Information, um den paraxialen Brennpunkt auf der Informationsschicht zu positionieren. Die Strahlen in dem ringförmigen Gebiet haben wegen der unkompensierten sphärischen Aberration eine große Winkelablenkung. Daher können diese Strahlen nach der Reflexion am Aufzeichnungsträger so geformt werden, dass sie nicht von dem relativ kleinen Detektionssystem eingefangen werden und nicht die von dem Detektionssystem gebildeten elektrischen Signale beeinflussen. Strahlen in einem Zwischenbereich zwischen dem zentralen Gebiet und dem ringförmigen Gebiet werden jedoch eine relativ kleine Ablenkung aufweisen und werden weiterhin auf das Detektionssystem einfallen, obwohl diese Strahlen nicht die richtige Korrektur der sphärischen Aberration für den zwei ten Aufzeichnungsträgertyp haben, und dadurch verschlechtert sich die Qualität der von dem Detektionssystem gebildeten Detektionssignale.
Dieses Problem wird durch Versehen der erfindungsgemäßen Abtasteinrichtung mit einem lichtundurchlässigen Ring in dem optischen Weg zwischen der Strahlungs quelle und dem Detektionssystem gelöst. Das Wort "lichtundurchlässig" bedeutet, dass auf den Ring einfallendes Licht nicht dem Weg folgt, dem es ohne den Ring gefolgt wäre, d. h. solches Licht fällt nicht mehr auf das Detektionssystem. Wenn der Ring sowohl in dem in Vorwärtsrichtung verlaufenden Strahlungsbündel als auch in dem reflektierten Bündel angeordnet ist, werden die von dem Detektionssystem generierten elektrischen Signale weniger durch die seitliche Bewegung des Objektivlinsensystems beeinflusst. Der Ring kann dann auf dem Linsensystem angeordnet sein. Wenn der Ring nur in dem reflektierten Bündel angeordnet ist, wird die Abtasteinrichtung eine verbesserte Toleranz hinsichtlich einer Schräglage des Aufzeichnungsträgers haben.
Es sei bemerkt, dass die europäische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer EP-A-0610 055 ein Linsensystem offenbart, das mit einem Hologramm oder Gitter kombiniert ist. Die Linse ist über ihre gesamte Fläche für den Durchgang von Strahlung durch eine erste Dicke einer transparenten Schicht hin zu einem ersten Brennpunkt korrigiert. Das Gitter beugt einen Teil der Strahlung in einem zentralen Gebiet des eingehenden Strahlungsbündels in ein Teilbündel, das nach Brechung durch die Linse für den Durchgang durch eine zweite Dicke einer transparenten Schicht hin zu einem zweiten Brennpunkt korrigiert wird. Das Linsensystem und das Gitter sammeln das einfallende Strahlungsbündel zu einem Bündel, das zwei Teilbündel mit verschiedenen Vergenzen umfasst. Somit bildet die Kombination aus dem Linsensystem und dem Gitter zwei beste Brennpunkte. Im Gegensatz dazu sammelt das erfindungsgemäße Linsensystem das Strahlungsbündel zu einem Bündel mit einer einzigen Vergenz und bildet einen einzigen besten Brennpunkt. Wenn das erfindungsgemäße Linsensystem von einem nur brechenden Typ, einem nur reflektierenden Typ oder einem nur brechenden und reflektierenden Typ ist, lässt es nahezu alle Energie des einfallenden Strahlungsbündels zum ersten Brennpunkt durch und zweigt keinen Teil der Energie zu einem Teilbündel ab, das den zweiten Brennpunkt bildet. Der Ausdruck "nahezu die gesamte Energie des Strahlungsbündels" bedeutet, dass nur normale Verluste infolge von Reflexionen bei Übergängen von einem Medium in ein anderes, infolge von Absorption in Medien und infolge von lichtundurchlässigen Teilen der Linse nicht berücksichtigt werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum optischen Abtasten eines ersten Typs eines Aufzeichnungsträgers mit einer ersten Informationsschicht und einer ersten transparenten Schicht einer ersten Dicke und eines zweiten Typs eines Aufzeichnungsträgers mit einer zweiten Informationsschicht und einer zweiten transparenten Schicht mit einer zweiten, von der ersten Dicke unterschiedlichen Dicke gemäß Anspruch 4 verschafft.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1A eine erfindungsgemäße Abtasteinrichtung, die einen Aufzeichnungsträger vom ersten Typ abtastet;
1B einen Aufzeichnungsträger vom zweiten Typ;
2 einen Querschnitt einer mit einem lichtundurchlässigen Ring versehenen Objektivlinse;
3 die Strahlungsintensität entlang der optischen Achse beim Abtasten eines Aufzeichnungsträgers vom zweiten Typ;
4 eine Vorderansicht der Objektivlinse von 2; und
5 ein Detektionssystem der Abtasteinrichtung.
1A zeigt eine Einrichtung zum Abtasten eines optischen Aufzeichnungsträgers 1. Der Aufzeichnungsträger umfasst eine transparente Schicht 2, auf deren einer Seite eine Informationsschicht 3 angeordnet ist. Die von der transparenten Schicht abgewandte Seite der Informationsschicht wird durch eine Schutzschicht 4 vor Umgebungseinflüssen geschützt. Die transparente Schicht 2 wirkt als Substrat für den Aufzeichnungsträger, indem sie für mechanische Unterstützung für die Informationsschicht sorgt. Die transparente Schicht kann auch allein die Funktion haben, die Informationsschicht zu schützen, während die mechanische Unterstützung von einer Schicht auf der anderen Seite der Informationsschicht, beispielsweise durch die Schutzschicht 4 oder eine weitere transparente Schicht und Informationsschicht verschafft wird, die mit der Informationsschicht 3 verbunden ist. Information kann in dem Aufzeichnungsträger in Form von optisch detektierbaren Marken gespeichert werden, die in nahezu parallelen, konzentrischen oder spiralförmigen Spuren in der Informationsschicht 3, in der Figur nicht abgebildet, angeordnet sind. Die Marken können in beliebiger optisch lesbarer Form vorliegen, z. B. in Form von Vertiefungen (Pits), Gebieten mit einem Reflexionskoeffizient oder einer Magnetisierungsrichtung, die sich von denen ihrer Umgebung unterscheiden, oder einer Kombination dieser Formen.
Die Abtasteinrichtung umfasst eine Strahlungsquelle 5, beispielsweise einen Halbeiterlaser, der ein divergierendes Strahlungsbündel 6 emittiert. Ein Strahlteiler 12, beispielsweise eine halbdurchlässige Platte, reflektiert die Strahlung zu einem Linsensystem. Das Linsensystem umfasst eine Kollimatorlinse 7' und eine Objektivlinse 7. Die Kollimatorlinse 7' bildet ein kollimiertes Bündel, das auf eine Objektivlinse 7 mit einem einzigen Brennpunkt einfällt. Die Kollimatorlinse und die Objektivlinse können in einer einzigen Objektivlinse kombiniert sein. Das Linsensystem 7', 7 mit einer optischen Achse 8 transformiert das Strahlungsbündel 6 in ein konvergierendes Bündel 9 mit einer einzigen Vergeht, das auf der Informationsschicht 3 einen Brennpunkt 10 bildet. Obwohl die Objektivlinse in der Figur als einzelnes Linsenelement angedeutet ist, kann sie auch ein Hologramm umfassen, das in Transmission oder Reflexion arbeitet, oder ein Gitter, um Strahlung aus einem das Strahlungsbündel führenden Wellenleiter auszukoppeln. Strahlung des von der Informationsschicht 3 reflektierten und ein reflektiertes Bündel 11 bildenden konvergierenden Bündels 9 kehrt auf dem optischen Weg des in Vorwärtsrichtung konvergierenden Bündels 9 zurück. Das Linsensystem 7, 7' konvergiert das reflektierte Bündel 11 zu einem konvergierenden reflektierten Bündel 13 und der Strahlteiler 12 trennt das in Vorwärtsrichtung verlaufende und das reflektierte Bündel durch Durchlassen von zumindest einem Teil des reflektierten Bündels 13 zu einem Detektionssystem 14. Das Detektionssystem fängt die Strahlung ein und wandelt sie in ein oder mehrere elektrische Signale um. Eines dieser Signale ist ein Informationssignal 15, dessen Wert die aus der Informationsschicht 3 ausgelesene Information repräsentiert. Ein anderes Signal ist ein Fokusfehlersignal 16, dessen Wert die axiale Höhendifferenz zwischen dem Brennpunkt 10 und der Informationsschicht 3 repräsentiert. Das Fokusfehlersignal wird als Eingangssignal für einen Fokusservocontroller 17 verwendet, der die axiale Position der Objektivlinse 7 steuert, wobei die axiale Position des Brennpunktes 10 so gesteuert wird, dass der Brennpunkt nahezu mit der Ebene der Informationsschicht 3 zusammenfällt. Der zum Generieren des Fokusfehlersignals verwendete Teil des Detektionssystems, der ein oder mehrere strahlungsempfindliche Detektionselemente und eine elektronische Schaltung enthält, die das Ausgangssignal der Detektionselemente verarbeitet, wird Fokusfehlerdetektionssystem genannt. Das Fokusservo system zum Positionieren des Linsensystems umfasst das Fokusfehlerdetektionssystem, den Fokusservocontroller und ein Stellglied zum Bewegen des Linsensystems.
2 zeigt einen Querschnitt einer Ausführungsform 18 der Objektivlinse 7. Die Objektivlinse hat eine numerische Apertur von 0,6. Die Linse kann biasphärisch sein und aus einem einzigen Kunststoffmaterial beispielsweise durch Spritzgießen hergestellt sein. Das Material der Linse ist Polymethylmethacrylat (PMMA) mit einer Brechzahl von 1,4885 bei der Entwurfswellenlänge von 650 nm. Die Daten der Linse sind:

Brennweite 3,30 mm

Dicke auf der optischen Achse 2,95 mm

optischer Durchmesser 3,96 mm

freier Arbeitsabstand 1,5 mm.
Die Linse hat zwei Oberflächen 19 und 20, wobei die erste der Strahlungsquelle und die zweite dem Aufzeichnungsträger 1 zugewandt ist. Die Form der Oberfläche 19 wird durch das Polynom
gegeben, in dem die Konstanten die folgenden Werte haben: a₂ = 0,25317630, a₄ = 0,00671352, a₆ = 0,00045753, a₈ = –0,00010526 und a₁₀ = 0,00000860. Die Form der Oberfläche 20 über die Breite des Strahlungsbündels wird durch die Gleichung (1) gegeben, in der die Konstanten die folgenden Werte haben: a₂ = –0,10009614, a₄ = 0,02163729, a₆ = –0,00788082, a₈ = 0,00205921 und a₁₀ = –0,00023477.
Das Linsensystem 7, 7' ist so entworfen, dass es auf der Informationsschicht 3 einen besten Brennpunkt bildet, d. h. einen Brennpunkt mit einem Strehl-Verhältnis nahe 1. Aus diesem Grund ist das Linsensystem über seinen gesamten Querschnitt, d. h. in seinem zentralen und ringförmigen Gebiet, hinsichtlich der vom konvergierenden Bündel 9 beim Durchlaufen der transparenten Schicht 2 des Aufzeichnungsträgers 1 erfahrenen sphärischen Aberration 1 korrigiert. Die Wellenfront des konvergierenden Bündels nahe dem Brennpunkt 10 ist nahezu kugelförmig. 1B zeigt einen Aufzeichnungsträger 21 eines anderen Typs, der eine Informationsschicht 23 und eine transparente Schicht 22 mit einer Dicke hat, die sich von der Dicke der transparenten Schicht 2 unterscheidet. Wenn zum Abtasten dieses Aufzeichnungsträgers die gleiche Einrichtung verwendet wird, wird das Linsensystem 7, 7' nicht richtig für die transparente Schicht 22 korrigiert werden. Der Fokusservocontroller 17 wird die Position der Objektivlinse 7 so einstellen, dass die mittlere Abweichung der Wellenfront des Bündels von einer Kugelform nahe der Informationsschicht 23 über den Querschnitt des Bündels minimal ist. Die verbleibende sphärische Aberration bei der Position der Informationsschicht führt zu einer Wellenfront, die über die gesamte Apertur stark wellig verläuft, wodurch der Brennfleck stark mit Aberration behaftet ist. Ein derartiger Brennfleck ist zum Abtasten des Aufzeichnungsträgers 21 weniger geeignet.
Die Informationsschicht 23 kann jedoch mit dem konvergierenden Bündel 9 korrekt abgetastet werden, wenn die Informationsschicht axial nicht bei der Position des besten Brennpunktes, sondern nahe oder bei der Position des paraxialen Brennpunktes des konvergierenden Bündels 9 angeordnet ist. In einem kleinen Bereich um die Position des paraxialen Brennpunktes herum ist die Wellenfront des mit Aberration behafteten, konvergierenden Bündels in einem zentralen Teil der Öffnung nahezu kugelförmig. Der Brennfleck umfasst eine kleine, zentrale Region hoher Intensität, die von Strahlen in dem zentralen Gebiet der Öffnung herrührt, und eine große Region niedriger Intensität, die die kleine Region umgibt und von Strahlen außerhalb des zentralen Gebietes herrührt. Die Qualität der zentralen Region des Brennflecks ist dann für korrektes Abtasten der Informationsschicht 23 ausreichend, während die äußere Region so gemacht werden kann, dass sie das Abtasten nicht beeinflusst.
3 zeigt die Strahlungsintensität entlang der optischen Achse der Objektivlinse 7 beim Abtasten eines Aufzeichnungsträgers vom zweiten Typ für den Fall, dass der Aufzeichnungsträger vom zweiten Typ ein Substrat hat, das 0,6 mm dicker ist als das Substrat des Aufzeichnungsträgers vom ersten Typ. Die vertikale Achse zeigt die normalisierte Strahlungsintensität I des konvergierenden Bündels 9 und die horizontale Achse zeigt den Abstand z zum paraxialen Brennpunkt weg vom Linsensystem, in Mikrometern gemessen. Der beste Brennpunkt, welchen Punkt entlang der optischen Achse eine Abtasteinrichtung normalerweise auf der Informationsschicht 23 positionieren würde, liegt 24 μm vom paraxialen Brennpunkt entfernt, wie in der Figur durch eine vertikale, gestrichelte Linie angegeben wird. Jedes lokale Maximum der Kurve in der Figur entspricht einem Ort, an dem die Strahlung des konvergierenden Bündels in einem kleinen Bereich nahe der optischen Achse konzentriert ist. An den meisten Stellen entlang der horizontalen Achse weist die Intensitätsverteilung des Flecks in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse Ringe mit einer relativ hohen Intensität um die optische Achse herum oder eine hohe, relativ flache Hintergrundintensität auf, wobei beide das Abtasten der Informationsschicht stören. In einer kleinen Region um z herum, gleich 6 μm, sind die Ringe praktisch nicht vorhanden und ist das Hintergrundniveau stark verringert. Wenn die Informationsschicht 23 bei dieser Position entlang der optischen Achse angeordnet ist, kann die Schicht korrekt abgetastet werden. Es sei bemerkt, dass diese bevorzugte Position nicht notwendigerweise mit einem Maximum der Intensität entlang der optischen Achse übereinstimmt. Wenn das Substrat vom zweiten Aufzeichnungsträgertyp dünner ist als das Substrat vom ersten Aufzeichnungsträgertyp, folgt die Intensität entlang der optischen Achse einer gleichartigen Kurve wie der in 3 gezeigten, wobei aber die Position des besten Brennpunkts näher beim Linsensystem liegt als die Position des paraxialen Brennpunkts.
Die bevorzugte Position der Informationsschicht 23 hängt von der Dickendifferenz zwischen den zwei transparenten Schichten 2 und 22 und von der numerischen Apertur des Bündels 9 in einer unten dargestellten Weise ab. Wenn die Informationsschicht 23 an einem axialen Ort weg von der genannten bevorzugten Position positioniert wird, nimmt die Qualität des Brennflecks schnell ab, was zu einer geringeren Qualität der in dem Detektionssystem 14 generierten Signale führt. Ein Verweis auf die Position des paraxialen Brennpunktes soll hier im Weiteren ein Verweis auf die bevorzugte Position sein.
Das Abflachen des zentralen Gebietes der Wellenfront beim Abtasten der Informationsschicht 23 von Aufzeichnungsträger 21 geht mit einer Zunahme der Ablenkung des äußeren Teils der Wellenfront einher. Daher vereinigen sich die Randstrahlen in dem äußeren Teil der Öffnung zu einem so genannten Randbrennpunkt, der relativ weit vom paraxialen Brennpunkt entfernt ist. Der beste Brennpunkt des mit Aberration behafteten Bündels liegt zwischen dem paraxialen und dem Randbrennpunkt. Der relativ große Abstand zwischen dem paraxialen und dem Randbrennpunkt ermöglicht es, die Randstrahlen vor der Detektion abzufangen, wodurch ein großer Teil des störenden Einflusses der unkompensierten sphärischen Aberration aus den von dem Detektionssystem generierten Signalen entfernt wird. Es sei bemerkt, dass der paraxiale, der beste und der Randbrennpunkt beim Abtasten von Aufzeichnungsträger 1 zusammenfallen.
In der erfindungsgemäßen Einrichtung sind Maßnahmen getroffen worden, um sicherzustellen, dass der beste Brennpunkt bei der Informationsschicht 3 von Aufzeichnungsträger 1 und der paraxiale Brennpunkt bei der Informationsschicht 23 von Aufzeichnungsträger 21 positioniert ist. Hierzu ist der Querschnitt des reflektierten Bündels 13 in zwei Gebiete unterteilt, d. h. ein zentrales Gebiet und ein das zentrale Gebiet umgebendes ringförmiges Gebiet. Beim Abtasten eines Aufzeichnungsträgers vom ersten Typ kommen alle Strahlen des Bündels in dem zentralen und dem ringförmigen Gebiet vom besten Brennpunkt her. Beim Abtasten eines Aufzeichnungsträgers vom zweiten Typ kommen die Strahlen in dem zentralen Gebiet hauptsächlich vom paraxialen Brennpunkt und die Strahlen in dem ringförmigen Gebiet sind Randstrahlen, die nicht vom paraxialen Brennpunkt kommen. Das gleiche zentrale und gleiche ringförmige Gebiet können in den nach vorn verlaufenden Bündeln 6 und 9 angedeutet werden. Die Maßnahmen haben zur Folge, dass das Fokusservosystem in den Strahlen in zumindest dem ringförmigen Gebiet des reflektierten Bündels 13 enthaltene Information verwendet, um den besten Brennpunkt auf der Informationsschicht eines Aufzeichnungsträgers vom ersten Typ zu positionieren, und in den Strahlen in dem zentralen Gebiet enthaltene Information verwendet, um den paraxialen Brennpunkt auf der Informationsschicht eines Aufzeichnungsträgers vom zweiten Typ zu positionieren.
Die Größe des zentralen Gebietes muss so gewählt werden, dass die Informationsschicht eines Aufzeichnungsträgers vom zweiten Typ korrekt abgetastet wird. Wenn die Größe zu groß gemacht wird, wird die sphärische Aberration die Qualität des paraxialen Brennpunktes zu stark beeinflussen. Wenn die Größe zu klein gemacht wird, wird die kleine numerische Apertur des Bündels in dem zentralen Gebiet zu einem anscheinend großen paraxialen Brennfleck führen, was das Auslesen kleiner Details erschwert. Ein Kompromiss kann durch Verwendung der folgenden Näherungsformel für die Modulationsübertragungsfunktion (MTF: modulation transfer function) bei der Informationsschicht für den paraxialen Brennpunkt gefunden werden:
mit ν = 1/p,
ν_c = 2 NA_c/λ,
ε = 4π² W 2 / 40/180,
und mit ν die Raumfrequenz, p die Periode der minimal lesbaren Details in der Informationsschicht 23, ν_c die räumliche Grenzfrequenz, NA_c die numerische Apertur des auf den Aufzeichnungsträger einfallenden und das zentrale Gebiet des Bündels durchlaufenden Strahlungsbündels und λ die Wellenlänge des Strahlungsbündels. W₄₀ ist die sphärische Aberration nach Seidel ausgedrückt, in Einheiten von λ bei der Informationsschicht 23 und am Rand des genannten Strahlungsbündels, n ist die Brechzahl der transparenten Schicht 22 und Δd der absolute Wert der Dickendifferenz zwischen den transparenten Schichten 22 und 2. Das linke Glied in eckigen Klammern in Formel (2) ist die MTF eines idealen Abbildungssystems, das rechte Glied in eckigen Klammern ist ein Multiplikationsfaktor, der die Auswirkung der sphärischen Aberration in dem Strahlungsbündel berücksichtigt.
Der optimale Wert von NA_c zum Abtasten eines Aufzeichnungsträgers vom zweiten Typ kann aus Formel (2) durch Einfügen der Werte für λ, p, n, Δd und Finden des Wertes von NA_c abgeleitet werden, der den höchsten Wert von MTF(ν) ergibt, beispielsweise durch Bilden der Ableitung in Bezug auf NA_c aus Formel (2). Die Größe des zentralen Gebietes ist jetzt gleich der Größe des gesamten Querschnitts des reflektierten Bündels multipliziert mit dem genannten Wert von NA_c geteilt durch die numerische Apertur des gesamten reflektierten Bündels. Als Beispiel ist eine optische Abtasteinrichtung entworfen worden, um einen Aufzeichnungsträger vom ersten Typ, der eine Dicke der transparenten Schicht von 0,6 mm hat, mit einem Strahlungsbündel der Wellenlänge λ = 635 nm und NA₀ = 0,60 abzutasten, wobei NA₀ die numerische Apertur des gesamten Strahlungsbündels ist. Die Einrichtung sollte auch imstande sein, einen Aufzeichnungsträger vom zweiten Typ, der eine Dicke der transparenten Schicht von 1,2 mm (Δd = 0,6 mm), eine Brechzahl von 1,58 und kleinste Details in Form eines Spurmittenabstandes mit p = 1,6 μm hat, abzutasten. Der optimale Wert von NA_c ist 0,33 und der Durchmesser des zentralen Gebietes ist gleich dem Durchmesser des gesamten Querschnitts des reflektierten Bündels mal 0,55 (= 0,33/0,60). Wegen der einander entgegenwirkenden Auswirkungen der sphärischen Aberration, die die Fleckgröße mit zunehmender Apertur vergrößert, und Beugung, die die Fleckgröße mit zunehmender numerischer Apertur verkleinert, ist die Toleranz des Wertes von NA_c und der Größe des zentralen Gebietes relativ groß. Für Einrichtungen mit geringer Leistungsfähigkeit beträgt die Toleranz 25% und für hochleistungsfähige Einrichtungen ist die Toleranz vorzugsweise gleich 10%.
Die Qualität des Abtastflecks auf der Informationsschicht 23 ist für Werte von W₄₀ innerhalb des zentralen Gebietes bis zu einer Wellenlänge hin ausreichend. Aus dem Ausdruck für W₄₀ in Gleichung (2) kann man ableiten, dass die numerische Apertur NA_c des das zentrale Gebiet durchlaufenden konvergierenden Bündels 9 vorzugsweise kleiner oder gleich
ist.
Der Durchmesser des zentralen Gebietes in einem Querschnitt des reflektierten Bündels 11 oder 13 ist vorzugsweise kleiner oder gleich NA_c(max)/NA₀ mal dem Durchmesser des gesamten reflektierten Bündels in der Ebene des Querschnitts. NA₀ ist die numerische Apertur des gesamten konvergierenden Bündels 9. Bei Verwendung der Parameterwerte des Beispiels in dem vorhergehenden Absatz ergibt dies einen maximalen Wert von NA_c gleich 0,39. Die entsprechende kleinste tangentiale Abmessung von Bits d_b auf der Informationsschicht, die noch korrekt ausgelesen werden können, ist etwa gleich λ/(4NA_c), d. h. 0,42 μm Bitlänge für 650 nm Wellenlänge und NA_c gleich 0,39. Der bevorzugte Wert von NA_c, d. h. NA_c(opt), wird erhalten, wenn W₄₀ etwa gleich λ/2 ist, oder
Wenn n gleich 1,58 und Δd gleich 0,6 mm und λ gleich 650 nm ist, beträgt die optimale numerische Apertur des zentralen Gebietes 0,33. Der Wert von NA_c ist vorzugsweise größer als λ/(4d_b), um Details auf der Informationsschicht lesen zu können, die eine tangentiale Abmessung von d_b und größer haben. Wenn die kleinste tangentiale Bitabmessung 0,6 μm beträgt und λ gleich 650 nm ist, dann ist NA_c vorzugsweise größer als 0,27.
Die bevorzugte Position der Informationsschicht entlang der optischen Achse in 3 kann auch in Form der Parameter von Gleichung (2) ausgedrückt werden. Die optimale Position kann gefunden werden, indem die defokussierende Aberration W₂₀ gleich –W₄₀ gesetzt wird. Die resultierende Defokussierung z weg vom paraxialen Brennpunkt ist dann
Wenn NA_c gleich 0,33, n gleich 1,58 und Δd gleich 0,6 mm ist, liegt die Defokussierung, d. h. die bevorzugte Position, 6 μm vom paraxialen Brennpunkt entfernt. Dies entspricht einer Defokussierung von etwa zwei Fokustiefen des zentralen Gebietes des konvergierenden Bündels 9. Eine brauchbare Abtastqualität kann noch erhalten werden, wenn die Position innerhalb eines Bereiches von der bevorzugten Position minus einer halben Fokustiefe des das zentrale Gebiet durchlaufenden Strahlungsbündels bis zu der bevorzugten Position plus der halben Fokustiefe gewählt wird. Die Fokustiefe ist gleich λ/(2NA_c ²), was für die gegebenen Parameterwerte gleich 3 μm ist, was zu einem Bereich von 4,5 bis 7,5 μm vom paraxialen Brennpunkt entfernt führt.
Die Qualität des paraxialen Brennpunktes kann weiter verbessert werden, indem das ringförmige Gebiet eine Korrektur der sphärischen Aberration erhält, die für die erste transparente Schicht geeignet ist und das zentrale Gebiet eine für die zweite transparente Schicht geeignete Korrektur der sphärischen Aberration erhält. Wenn die Objektivlinse ein Strahlungsbündel durch die zweite transparente Schicht konvergieren lässt, bilden die Strahlen des das zentrale Gebiet durchlaufenden Bündels den paraxialen Brennpunkt, wobei die Strahlen hinsichtlich der sphärischen Aberration korrigiert werden, die sie beim Durchlaufen der zweiten transparenten Schicht erleiden. Wenn die Objektivlinse ein Strahlungsbündel durch die erste transparente Schicht konvergieren lasst, bildet das Bündel, das das kombinierte Gebiet aus dem ringförmigen Gebiet und dem zentralen Gebiet durchläuft, den besten Brennpunkt. In diesem Fall werden nur die das ringförmige Gebiet durchlaufenden Strahlen hinsichtlich der beim Durchlaufen der ersten transparenten Schicht erlittenen sphärischen Aberration korrigiert, während die das zentrale Gebiet durchlaufenden Strahlen hinsichtlich der beim Durchlaufen der zweiten transparenten Schicht erlittenen sphärischen Aberration korrigiert werden. Es stellt sich heraus, dass die Korrektur des zentralen Gebietes der Objektivlinse für eine Dicke der transparenten Schicht, die sich von der Dicke der transparenten Schicht, für die der ringförmige Teil korrigiert ist, unterscheidet, nur einen relativ geringen Einfluss auf die Qualität des besten Brennpunktes hat.
Im Allgemeinen ist ein Brennpunkt korrekt auf einer Informationsebene po sitioniert, wenn das Fokusfehlersignal 16 einen Wert null hat. Wenn in einer Abtasteinrichtung, die eine Objektivlinse gemäß der obigen ersten Ausführungsform hat, das Fokusser vosystem so eingestellt ist, dass der auf der ersten Informationsschicht 3 liegende erste Brennpunkt sich bei einem Nulldurchgang des Fokusfehlersignals befindet, liegt der zweite Brennpunkt im Allgemeinen beim Nulldurchgang des Fokusfehlersignals nicht genau auf der Informationsschicht 23. Dies kann behoben werden, indem beim Abtasten eines Aufzeichnungsträgers vom zweiten Typ zu dem Fokusfehlersignal 16 eine konstante Fokusoffsetspannung addiert wird. Der Nachteil einer vom abgetasteten Aufzeichnungsträgertyp abhängigen Offsetspannung kann durch Abwandlung der Objektivlinse überwunden werden. Hierzu wird eine Brennpunktkorrektur vorzugsweise zum zentralen Gebiet der Objektivlinse hinzugefügt, wodurch das zentrale Gebiet eine Brennpunktkorrektur erhält, die sich von der Korrektur unterscheidet, die für die sphärische Aberration, die es in das Bündel einbringt, angemessen ist. Die zusätzliche Brennpunktkorrektur sorgt dafür, dass der zweite Brennpunkt bei einem Nulldurchgang des Fokusfehlersignals auf der zweiten Informationsschicht liegt. Die Größe der zusätzlichen Brennpunktkorrektur liegt in der Größenordnung einer Fokustiefe der Objektivlinse, d. h. in der Größenordnung von 1 μm, und kann von der Geometrie des Fokusfehlerdetektionssystems abhängen. Die vom Aufzeichnungsträger abhängige zusätzliche Fokusoffsetspannung ist dann nicht mehr erforderlich.
Wie oben erwähnt, müssen die Randstrahlen des Strahlungsbündels 11 beim Abtasten eines Aufzeichnungsträgers vom zweiten Typ vor der Detektion abgefangen werden. Strahlen im zentralen Gebiet des Strahlungsbündels 11 werden in richtiger Weise zum Detektionssystem 14 hin fokussiert, während die Randstrahlen des Strahlungsbündels 11 aufgrund der sphärischen Aberration eine so große Winkelablenkung haben, dass sie vom Detektionssystem 14 nicht abgefangen werden. Strahlen in einer Zwischenregion zwischen der zentralen Region des Bündels und den Randstrahlen werden jedoch weiterhin auf das Detektionssystem treffen, obwohl diese Strahlen nicht die richtige sphärische Aberrationskorrektur für den ersten Aufzeichnungsträgertyp haben, und dadurch verschlechtert sich die Qualität der von dem Detektionssystem gebildeten Detektionssignale.
Dieses Problem wird gelöst, indem die Abtasteinrichtung mit einem lichtundurchlässigen Ring versehen wird, der auf dem Linsensystem angeordnet sein kann. Die Breite und Position des Ringes müssen so sein, dass er die oben erwähnten Strahlen in der Zwischenregion abfängt. Das Wort "lichtundurchlässig" bedeutet, dass auf den Ring einfallendes Licht nicht dem Weg folgt, dem es ohne den Ring gefolgt wäre, d. h. solches Licht fällt nicht mehr auf das Detektionssystem.
2 zeigt einen Querschnitt der Objektivlinse 18, die einen solchen lichtundurchlässigen Ring aufweist. Ein ringförmiges Gebiet 25 und ein zentrales Gebiet 26 sind durch einen Zwischenring 27 getrennt. 4 zeigt eine Vorderansicht der Objektivlinse 18 und des Ringes 27. Der Pfeil r₀ gibt den Radius des gesamten Strahlungsbündels 11 am Ort des Ringes an, entsprechend der numerischen Apertur NA₀. Die Pfeile r₁ und r₂ geben die Radien des inneren bzw. des äußeren Kreises des Ringes 27 an. Die Größe von r₁ ist vorzugsweise so, dass der innere Kreis auf der Position des äußeren Begrenzungskreises des zentralen Gebietes liegt, entsprechend der numerischen Apertur NA_C, mit einer Toleranz von 10% des Wertes von r₀. Die Breite des Ringes hängt unter anderem von der Geometrie des Detektionssystems 14 ab. Ein breiter Ring entfernt unerwünschte Strahlen wirksam aus dem Detektionssystem, während ein kleiner Ring einen höheren Strahlungsdurchsatz hat. Als Kompromiss hat ein in dem nach vorn verlaufenden und reflektierten Strahlungsbündel angeordneter Ring vorzugsweise eine Breite r₂ – r₁ zwischen 5% und 25% des erwähnten Radius und eine optimale Breite von 10%.
Der bevorzugte Wert des Radius r₁ des Ringes kann aus Gleichung (4) abgeleitet werden, wenn r₁/r₀ = NA_c/NA₀ genommen wird:
Der Ring kann mehrere Ausgestaltungen haben. Er kann eine oder mehrere tiefe "V"-Rillen oder -Hügel umfassen, parallel oder senkrecht zu dem inneren Kreis des Ringes, die das einfallende Licht, auf dem Ring in Richtungen brechen, wo sie die Detektionsignale kaum oder gar nicht mehr beeinflussen. Der Ring kann auch eine Reihe kleiner, flacher Pits oder Rillen umfassen, die als Gitter arbeiten, das das einfallende Licht vom laufenden Bündel weg beugt. Ein solches Gitter kann leicht auf einer Linse angebracht werden, die aus einem Glaskörper und einer transparenten Schicht aufgebaut ist, welche eine oder beide Seiten des Körpers bedeckt, und auf einer Kunststofflinse. Der Ring kann einen reflektierenden Dünnfilmüberzug umfassen, um auf den Ring einfallendes Licht zu reflektieren. Der Ring kann auch eine absorbierende Schicht umfassen, wie z. B. Tinte, um einfallendes Licht zu absorbieren. Der Ring kann 2(2n + 1) Abschnitte gleicher Länge umfassen, mit n = 0, 1, 2, ..., wobei die Abschnitte abwechselnd transparent und lichtundurchlässig sind. Ein solcher Ring, der auf dem Hin- und Rückweg wirkt, bildet ein wirksames Hindernis für auf den Ring einfallende Strahlung und hat gleichzeitig den Vorteil, dass er mehr vom Aufzeichnungsträger in höherer Ordnung gebeugte Strahlung durchlässt als ein gleichmäßig lichtundurchlässiger Ring.
Jeder dieser Ringe kann zu beiden Seiten der Objektivlinse oder der Kollimatorlinse angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass der Ring immer korrekt in Bezug auf das Linsensystem ausgerichtet ist. Der Ring kann auch auf dem Strahlteiler 12 in 1A angeordnet sein, sodass er nicht mit dem Strahlungsbündel 6 aus dem Laser 5, sondern nur mit dem reflektierten Strahlungsbündel 11 in Wechselwirkung tritt. Bei Verwendung einer halbdurchlässigen Platte als Strahlteiler, wie in 1A gezeigt, kann der Ring auf der zum Detektionssystem 14 gerichteten Seite der Platte angebracht werden. Wenn der Ring nur in dem reflektierten Bündel 11 angeordnet ist, ist der Ring vorzugsweise breiter als der auf der Linse angeordnete Ring und bewegt sich vorzugsweise zwischen 55% und 75% des Radius des reflektierten Bündels am Ort des Ringes mit einer Toleranz von ±5% des erwähnten Radius. Diese Anordnung hat den zusätzlichen Vorteil, dass sie ein robusteres Auslesen von Information ergibt, wenn ein Aufzeichnungsträger vom ersten Typ in eine Schräglage gebracht wird.
5 zeigt eine Ausführungsform des Detektionssystems 14. Das Detektionssystem umfasst einen Quadrantendetektor, der vier strahlungsempfindliche Detektionselemente 28, 29, 30 und 31 hat. Das auf diese Elemente einfallende Strahlungsbündel 11 ist astigmatisch gemacht worden, beispielsweise durch den Durchgang durch die in 1A gezeigte schräge Platte 12. Die vier elektrischen Ausgangssignale der Detektionselemente können zur Bildung eines Fokusfehlersignals entsprechend dem so genannten Astigmatismusverfahren, das unter anderem aus US 4 358 200 bekannt ist, verwendet werden. Die Größe des Detektors wird verwendet, um zwischen Strahlung in dem zentralen Gebiet und in dem ringförmigen Gebiet des einfallenden Bündels zu unterscheiden, wie sie zur Positionierung des paraxialen oder des besten Brennpunkts auf der Informationsschicht verwendet wird. Einerseits muss die Größe der Elemente groß genug sein, um beim Abtasten eines Aufzeichnungsträgers vom ersten Typ das meiste des Strahlungsbündels aufzufangen. Andererseits muss die Größe genügend klein sein, um die Randstrahlen beim Abtasten eines Aufzeichnungsträgers vom zweiten Typ nicht abzufangen. Die Kompromissgröße der Elemente hängt von der Wellenlänge der Strahlung, der numerischen Apertur NA_D der Objektivlinse auf der Seite des Detektionssystems und der Menge an in das Strahlungsbündel 11 eingebrachtem Astigmatismus ab. Die Länge k der einen Seite des Detektionssystem quadrats liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,6 mal k_opt bis 1,4 mal k_opt, wobei der optimale Wert für k, k_opt, gegeben wird durch
wobei W₂₂ die astigmatische Maximum-Minimum-Wellenfrontverformung ist, ausgedrückt in Einheiten der Wellenlänge, die in das reflektierte Bündel 11 eingebracht und über den gesamten Querschnitt des Bündels gemessen worden ist. Die Toleranz für k bedeutet, dass die Detektorform nicht auf ein Quadrat begrenzt ist, sondern innerhalb des Toleranzbereiches rechteckig sein kann. Eine übliche in das Bündel 11 eingebachte Menge an Astigmatismus ist 5λ Wenn NA_D gleich 0,1 und die Wellenlänge gleich 650 nm ist, liegt die Länge k vorzugsweise zwischen 118 μm und 51 μm, mit einem optimalen Wert bei 85 μm.
Wenn in das Strahlungsbündel 11 kein Astigmatismus eingebracht ist, wird der obere Wert des bevorzugten Bereiches für die Größe k des Detektionssystems gegeben durch
wobei W₄₀ die sphärische Aberration aufgrund eines einzelnen Durchgangs durch die Dickendifferenz beim größten Durchmesser des Strahlungsbündels 11 ist, d. h. bei der numerischen Apertur NA₀, und NA₁ die numerische Apertur beim inneren Kreis des ringförmigen Teils des Strahlungsbündels 9 ist. Das Glied W₄₀ wird in Gleichung (2) gegeben.
Der untere Wert des bevorzugten Bereiches für k ist 0,6 mal k_max. Bei der Objektivlinse 18 mit einem Ring 27, der sich von 0,55 bis 0,65 mal r₀, d. h. dem Durchmesser des Strahlungsbündels, erstreckt, ist der Wert von NA₁/NA₀ gleich 0,65 und die maximale Größe des Detektionssystems wird gegeben durch k_max = 25λ/NA_D. Mit den obigen Werten für λ und NA_D ergibt dies k_max = 162 μm und eine Untergrenze von 97 μm. Die größere zulässige Größe des Detektionssystems bei Verwendung eines lichtundurchlässigen Ringes ist auf die Unterdrückung von Strahlen durch den Ring beim Übergang vom zentralen Gebiet zum ringförmigen Gebiet zurückzuführen.
Die Größe des Astigmatismus W₂₂ ist vorzugsweise so, dass
Eine Reihe von Experimenten wurde ausgeführt, um die Qualität verschiedener aus dem Detektionssystem abgeleiteter Signale zu zeigen, wenn unterschiedliche Linsensysteme in einer optischen Abtasteinrichtung verwendet werden. Die Dicke der ersten transparenten Schicht 2 vom ersten Aufzeichnungsträgertyp betrug 0,6 mm und die der zweiten transparenten Schicht 22 vom zweiten Aufzeichnungsträgertyp betrug 1,2 mm. Die numerische Apertur der gesamten Linse betrug 0,6. Das aus den vier Ausgangssignalen der vier Detektionselemente 28–31 beim Abtasten eines Aufzeichnungsträgers vom zweiten Typ abgeleitete Informationssignal hatte etwa die gleiche Qualität, wenn ein Linsensystem ohne den lichtundurchlässigen Ring und wenn ein Linsensystem mit dem lichtundurchlässigen Ring verwendet wurde. Dies zeigt, dass das Vorhandensein des Ringes die Qualität des Informationssignals beim Auslesen von Aufzeichnungsträgern vom ersten Typ nicht wesentlich beeinflusst.
Beim Auslesen eines Aufzeichnungsträgers vom zweiten Typ unter Verwendung eines Linsensystems ohne den erfindungsgemäßen Ring betrug der Jitter in dem Informationssignal etwa 8%. Bei Verwendung eines Linsensystems mit einem erfindungsgemäßen Ring reduzierte der Jitter sich auf 6%.
Die Qualität des Fokusfehlersignals hängt stark von der Qualität der von dem Strahlungsbündel 11 nahe dem Detektionssystem gebildeten astigmatischen Brennlinien ab. Die erste Ausführungsform des Linsensystems liefert beim Abtasten eines Aufzeichnungsträgers vom zweiten Typ eine wesentliche Verbesserung der Qualität der Brennlinien im Vergleich zu den Brennlinien bei Verwendung eines unkorrigierten Linsensystems. Durch die verbesserte Qualität nimmt der Einfangbereich des Fokusservosystems zu und wird die Verwendung größerer Detektionselemente möglich, wodurch die Detektion beim Auslesen von Aufzeichnungsträgern vom zweiten Typ verbessert wird. Auch die Positionierungstoleranz des Detektionssystems 14 nimmt durch die verbesserte Qualität zu. Bei einer speziellen Abtasteinrichtung, die ein nicht korrigiertes, bekanntes Linsensystem verwendet, führte ein Positionsfehler des Detektionssystems von 10 μm zu einer Brennpunktverschiebung von 2 μm. Bei Verwendung eines korrigierten Linsensystems in der gleichen Einrichtung, die den Positionsfehler von 10 μm hatte, war die Brennpunktverschiebung kleiner als 0,2 μm.
Obwohl die Erfindung anhand der in 1A gezeigten Abtasteinrichtung beschrieben worden ist, wird deutlich sein, dass der erfindungsgemäße lichtundurchlässige Ring in jeder beliebigen Abtasteinrichtung verwendet werden kann, die den besten und den paraxialen Brennpunkt nutzt, insbesondere die Einrichtungen der vier Klassen, die in der internationalen Patentanmeldung IB96/00182 unter Verweis auf die 1A, 2A, 2B, 3, 4, 5, 6 und 7 beschrieben wird. Diese Anmeldung verschafft auch eine umfassende Darstellung der Mittel zum Positionieren des besten und des paraxialen Brennpunkts.

Claims

Optische Abtasteinrichtung zum Abtasten eines ersten Typs eines Aufzeichnungsträgers (1), der eine erste Informationsschicht und eine erste transparente Schicht (2) mit einer ersten Dicke hat, und zum Abtasten eines zweiten Typs eines Aufzeichnungsträgers (21), der eine zweite Informationsschicht (23) und eine zweite transparente Schicht (22) mit einer zweiten, von der ersten Dicke unterschiedlichen Dicke hat, wobei die Einrichtung eine Strahlungsquelle (5) zum Erzeugen eines Strahlungsbündels (6) sowie ein Linsensystem (7, 7') umfasst, das zum Fokussieren des Strahlungsbündels durch die erste transparente Schicht in einen Brennpunkt (10) auf der ersten Informationsschicht entworfen ist, und ein in einem am Aufzeichnungsträger reflektierten Strahlungsbündel (13) angeordnetes Detektionssystem (14), gekennzeichnet durch Mittel (14, 17), um den besten Brennpunkt des Strahlungsbündels nahezu auf der ersten Informationsschicht und den paraxialen Brennpunkt des genannten Strahlungsbündels nahezu auf der zweiten Informationsschicht zu positionieren, und einen im optischen Weg zwischen der Strahlungsquelle und dem Detektionssystem angeordneten Ring (27), um zu verhindern, dass auf den Ring einfallende Strahlung das Detektionssystem erreicht, wobei der Ring den Querschnitt des Strahlungsbündels am Ort des Ringes in ein zentrales Gebiet (26) innerhalb des Ringes und ein ringförmiges Gebiet außerhalb des Ringes unterteilt, wobei der Radius des inneren Kreises des Ringes in einem Bereich von 0,75 r₁ bis 1,25 r₁ liegt, mit r₁ gegeben durch
mit λ die Wellenlänge des Strahlungsbündels, n die Brechzahl der zweiten transparenten Schicht, Δd die Differenz zwischen der ersten Dicke und der zweiten Dicke, r₀ der Radius des Strahlungsbündels am Ort des Ringes und NA₀ die numerische Apertur des vom Linsensystem fokussierten Strahlungsbündels.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, bei der der Ring in dem von der Strahlungsquelle bis zum Aufzeichnungsträger verlaufenden Strahlungsbündel (6) und in einem vom Aufzeichnungsträger aus verlaufenden Strahlungsbündel (13) angeordnet ist, wobei der Ring eine Breite im Bereich von 0,05 r₀ bis 0,25 r₀ hat.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, bei der der Ring nur in einem vom Aufzeichnungsträger aus verlaufenden Strahlungsbündel (13) angeordnet ist, wobei der Ring eine Breite im Bereich von 0,15 r₀ bis 0,25 r₀ hat.
Verfahren zum optischen Abtasten eines ersten Typs eines Aufzeichnungsträgers (1), der eine erste Informationsschicht und eine erste transparente Schicht (2) mit einer ersten Dicke hat, und eines zweiten Typs eines Aufzeichnungsträgers (21), der eine zweite Informationsschicht (23) und eine zweite transparente Schicht (22) mit einer zweiten, von der ersten Dicke unterschiedlichen Dicke hat, mit dem Schritt des Fokussierens eines Strahlungsbündels (6) mit Hilfe eines Linsensystems (7, 7') durch die erste transparente Schicht hindurch auf einen nahezu auf der ersten Informationsschicht liegenden besten Brennpunkt, wenn ein Aufzeichnungsträger vom ersten Typ abgetastet wird, und dem Schritt des Fokussierens von an dem Aufzeichnungsträger reflektierter Strahlung auf ein Detektionssystem (14), gekennzeichnet durch den Schritt des Fokussierens des Strahlungsbündels mit Hilfe des Linsensystems durch die zweite transparente Schicht hindurch auf einen nahezu auf der zweiten Informationsschicht liegenden paraxialen Brennpunkt, wenn ein Aufzeichnungsträger vom zweiten Typ abgetastet wird, und den Schritt des Verhinderns, dass ein Teil des reflektierten Bündels das Detektionssystem erreicht, mit Hilfe eines im optischen Weg zwischen der Strahlungsquelle und dem Detektionssystem angeordneten Ringes (27), wobei der Ring den Querschnitt des Strahlungsbündels am Ort des Ringes in ein zentrales Gebiet (26) innerhalb des Ringes und ein ringförmiges Gebiet außerhalb des Ringes unterteilt, wobei der Radius des inneren Kreises des Ringes in einem Bereich von 0,75 r₁ bis 1,25 r₁ liegt, mit r₁ gegeben durch
mit λ die Wellenlänge des Strahlungsbündels, n die Brechzahl der zweiten transparenten Schicht, Δd die Differenz zwischen der ersten Dicke und der zweiten Dicke, r₀ der Radius des Strahlungsbündels am Ort des Ringes und NA₀ die numerische Apertur des vom Linsensystem fokussierten Strahlungsbündels.
Verfahren nach Anspruch 4, mit dem Schritt des Bildens eines besten Fokusfehlersignals aus Strahlung in zumindest einem ringförmigen äußeren Gebiet des Querschnittes eines Bündels von am Aufzeichnungsträger reflektierter Strahlung, wenn ein erster Typ eines Aufzeichnungsträgers abgetastet wird, und dem Schritt des Bildens eines paraxialen Fokusfehlers aus Strahlung hauptsächlich in einem zentralen Gebiet innerhalb des ringförmigen äußeren Gebietes, wenn ein zweiter Typ eines Aufzeichnungsträgers abgetastet wird, und dem Schritt des Steuerns der Position des Linsensystems in Reaktion auf das beste Fokusfehlersignal, wenn ein Aufzeichnungsträger vom ersten Typ abgetastet wird, und in Reaktion auf den paraxialen Fokusfehler, wenn ein Aufzeichnungsträger vom zweiten Typ abgetastet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, mit dem Schritt des Generierens eines Informationssignals aus Strahlung in nahezu dem gesamten Querschnitt eines Bündels von an dem Aufzeichnungsträger reflektierter Strahlung, wenn ein Aufzeichnungsträger vom ersten Typ abgetastet wird, und dem Schritt des Generierens eines Informationssignals aus Strahlung in einem zentralen Gebiet des genannten Querschnittes, wenn ein Aufzeichnungsträger vom zweiten Typ abgetastet wird.