NL8801327A - Methode voor het optisch aftasten van een informatievlak en optische registratiedragers en aftastinrichtingen geschikt voor toepassing van de methode. - Google Patents

Description

«· PHN 12.575 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Methode voor het optisch aftasten van een informatievlak en optische registratiedragers en aftastinrichtingen geschikt voor toepassing van de methode.

De uitvinding heeft betrekking op een methode voor het optisch aftasten van een informatievlak met een aftastbundel die tot een aftastvlek op het informatievlak wordt gefokuseerd waarbij deze aftastvlek en de drager van het informatievlak ten opzichte van elkaar 5 bewogen worden zodanig dat de aftastvlek het informatievlak aftast. De uitvinding heeft ook betrekking op een registratiedrager, op een registratiedrager-master die gebruikt wordt bij de vervaardiging van een dergelijke registratiedrager en op een optische aftastinrichting die allen geschikt zijn voor toepassing van de methode.

10 Deze methode kan worden toegepast bij het onderzoek van voorwerpen met behulp van een optische aftastende mikroskoop maar is in het bijzonder geschikt voor het aftasten van een optische registratiedrager met een audio- of videoprogramma of digitale data.

Het informatievlak van een registratiedrager kan een 15 reeds van optisch uitleesbare informatie voorzien vlak zijn, alsook een vlak waarin nog informatie ingeschreven moet worden. In het eerste geval is de aftastbundel een uitleesbundel en in het tweede geval wordt de aftastbundel gevormd door een met de in te schrijven informatie gemoduleerde inschrijfbundel. De registratiedrager kan een ronde 20 schijfvormige registratiedrager zijn maar ook een bandvormige registratiedrager.

Deze registratiedragers en de bijbehorende uitleesinrichtingen worden thans in grote aantallen toegepast. Daarbij is behalve de robuustheid van de schijfvormige registratiedragers ook de 25 grote opslagkapaciteit een belangrijke faktor die bijgedragen heeft tot het sukses van de optische registratie-systemen. Het optische schijfje met een diameter van 12 cm, dat bekend staat onder de naam "Compact Disc" of "CD", kan bijvoorbeeld een gedigitaliseerd muziekprogramma van één uur bevatten, terwijl de grotere optische schijf met een 30 diameter van 30 cm, die bekend staat onder de naam "Laservision Disc”, een videoprogramma van één uur kan bevatten.

Er ontstaat echter steeds meer behoefte om nog grotere ,8801327 ƒ PHN 12.575 2 % hoeveelheden informatie op de genoemde registratiedragers aan te kunnen brengen. Dat betekent dat, bij behoud van de diameter van de handzame hedendaagse optische schijven, de informatiegebiedjes, zoals de bekende putjes in de “CD-" en "Laservision”-schijven en in de optische schijven 5 voor digitale data opslag, of de magnetische domeinen in de magneto-optische schijven die inschrijfbaar en wisbaar zijn, kleiner moeten zijn. Met de thans voorhanden technieken is het wel mogelijk dergelijke kleinere informatiegebiedjes in te schrijven. Een probleem vormt echter het uitlezen van deze verkleinde gebiedjes.

10 In de huidige uitleesinrichtingen wordt gebruik gemaakt van uitleesobjektieven met een numerieke apertuur, NA, in de orde van 0,45. Als stralingsbronnen worden halfgeleiderdiodelasers gebruikt, zoals een AlGaAs-laser die straling met een golflengte in de orde van 800 nm. uitzendt·. Deze straling kan door het uitleesobjektief 15 gefokusseerd worden tot een buigingsbegrensde stralingsvlek waarvan de halfwaarde-breedte in de orde van 1 mikron ligt. Onder de halfwaarde-breedte wordt verstaan de afstand tussen de punten in de stralingsvlek waar de intensiteit de helft is van de maximale intensiteit, in het midden van de stralingsvlek. Met deze aftastvlek kunnen 20 informatiegebiedjes met een breedte in de orde van 0,5 mikron en een gemiddelde lengte in de orde van 1 mikron goed gescheiden uitgelezen worden.

Bij deze uitlezing wordt gebruik gemaakt van buiging van de uitleesbundel aan de informatiegebiedjes. Bij de aangegeven waarden 25 voor de golflengte, de numerieke apertuur en de grootte van de informatiegebiedjes kan de informatiestruktuur beschouwd worden als een tweedimensionaal buigingsraster, dat de invallende stralingsbundel splitst in een, onafgebogen, nulde-orde deelbundel, een aantal afgebogen deelbundels van de eerste-orde en een aantal in hogere ordes afgebogen 30 deelbundels. De nulde-orde deelbundel heeft een konstante fase en amplitude en wordt niet door een beweging van de informatiestruktuur ten opzichte van de aftastvlek beïnvloed. Van de eerste-orde deelbundels daarentegen is de fase of amplitude wel van de beweging van de informatiestruktuur afhankelijk.

35 Tussen de registratiedrager en een stralingsgevoelige detektor is een objektief aangebracht dat de van de registratiedrager afkomstige nulde-orde deelbundel en een deel van de eerste-orde .880 1327 i»

V

PHN 12.575 3 deelbundels op de detektor koncentreert. Bij het bewegen van de informatiestruktuur en de aftastvlek ten opzichte elkaar varieert de fase van een eerste-orde deelbundel ten opzichte van van die van de nulde-orde deelbundel. Door interferentie van een gedeelte van een 5 eerste-orde deelbundel met de nulde-orde deelbundel variêert de intensiteit van de door de detektor opgevangen straling. Deze intensiteitsvariatie representeert de uitgelezen informatie, ofwel de opeenvolging van informatiegebiedjes in de uitleesinrichting.

De hoeken waaronder de eerste-orde deelbundels en de 10 hogere orde deelbundels worden afgebogen hangen af van de lokale periode van de informatiestruktuur, dat wil zeggen de afstand tussen het begin van een eerste informatiegebiedje en dat van een volgend informatiegebiedje. Bij afnemende periode, of toenemende ruimtefrequentie, worden de afbuighoeken groter totdat bij een bepaalde 15 ruimtefrequentie, genoemd de "konventionele" afsnijfrequentie, de eerste-orde deelbundels geheel buiten de pupil van het objektief vallen. Informatiegebiedjes waarvan de ruimtefrequentie boven de afsnijfrequentie ligt kunnen derhalve niet meer gedetekteerd worden.

Om een informatiestruktuur met een ruimtefrequentie boven 20 de genoemde konventionele afsnijfrequentie te kunnen uitlezen, is in het Amerikaanse octrooischrift no. 4.242.579 voorgesteld om het genoemde objektief, daar met waarnemingsobjektief aangeduid, asymmetrisch in de van de registratiedrager afkomstige nulde-orde deelbundel te plaatsen.

Doordat het waarnemingsobjektief verschoven is in de richting waarin een 25 van de eerste-orde deelbundels wordt afgebogen wordt deze deelbundel ook bij hogere ruimtefrequenties nog ingevangen. Deze bundel interfereert in het detektorvlak met een deel van de nulde-orde deelbundel waardoor een interferentiepatroon ontstaat. De variatie in dit patroon, die de uitgelezen informatie representeert, wordt gedetekteerd met een detektor 30 waarvan de breedte in de aftastrichting kleiner is dan de periode van het interferentiepatroon. In de inrichting volgens het Amerikaanse octrooischrift no. 4.242.579 worden hoge eisen aan de uitrichting van de optische elementen gesteld, met name indien een reflekterende informatiestruktuur wordt uitgelezen en zich een doorzichtige 35 beschermlaag op deze stxuktuur bevindt. Met deze inrichting kan in de praktijk de afsnijfrequentie tot ongeveer 1,5 maal de konventionele afsnijfrequentie verhoogd worden.

,880 1327 --¾ .

PHN 12.575 4

De onderhavige uitvinding heeft ten doel nieuwe mogelijkheden voor het uitlezen van optische informatiestrukturen met ruimtefrequenties aanzienlijk verder boven de konventionele afsnijfrequentie te verschaffen, waarbij de uitleesinrichting in 5 principe weinig of geen aanpassing behoeft.

De uitleesmethode volgens de uitvinding vertoont als kenmerk, dat gebruik gemaakt wordt van een in principe buigingsbegrensde aftastvlek in kombinatie met een laag niet-lineair optisch materiaal waarin de straling van de aftastbundel een optisch effekt tot stand 10 brengt, hetgeen een diskriminatie tot gevolg heeft binnen de aftastvlek waardoor de effektieve aftastvlek aanzienlijk kleiner is dan de oorspronkelijke aftastvlek.

Met een buigingsbegrensde stralingsvlek wordt bedoeld een aftastvlek waarvan de grootte bepaald wordt door de buiging aan de 15 apertuur van de lens waarmee .deze vlek gevormd wordt. Een dergelijke vlek vertoont een zogenaamde Airy-verdeling, dat wil zeggen bestaat uit een centraal cirkelvormig gedeelte met vanaf het centrum naar de rand daarvan afnemende intensiteit en een aantal ringen rond de cirkel met kleinere en eveneens naar buiten toe afnemende intensiteit. Volgens de 20 uitvinding wordt met name gebruik gemaakt van het feit dat slechts in een deel van de centrale cirkel de intensiteit hoog genoeg is om een bruikbaar niet-lineair optisch effekt te veroorzaken, zodat in hoofdzaak slechts met dat deel van de stralingsvlek afgetast wordt. Het bedoelde gedeelte van de aftastvlek wordt de effektieve aftastvlek genoemd.

25 Onder een niet-lineair optisch materiaal wordt verstaan een materiaal waarvan de optische eigenschappen veranderen onder invloed van de invallende straling. De bedoelde verandering kan in het bijzonder een variatie van de transmissie- of reflektiecoëfficient of van de brekingsindex van het materiaal zijn, of een vormverandering van de laag 30 niet-lineair optisch materiaal. Zoals in het navolgende nog in detail zal worden toegelicht, komen in het algemeen als niet-lineaire optische materialen in aanmerking: 1. materialen waarvan een optische eigenschap verandert onder invloed van een thermisch effekt, 35 2. zogenaamde optische blekende materialen, en 3. materialen die bekend staan als bistabiele optische materialen.

Evenals aan een direkte optische voorwerp-naar-beeld , 880 1 3 2.7 s £ PHN 12.575 5 transformatie, dat wil zeggen een optische afbeelding in de klassieke zin van het woord, kan aan een optische aftasting, dat wil zeggen een punt voor punt transformatie, een modulatie-overdrachtsfunktie toegekend worden. De modulatie- of kontrastoverdrachtsfunktie (MTF) is 5 gedefinieerd als de verhouding tussen het kontrast in het beeld en dat in het voorwerp. Deze modulatie-overdrachtsfunktie neemt af bij toenemende ruimtefrequentie in het voorwerp. Bij een grensfrequentie, genaamd de konventionele optische afsnijfrequentie, is deze funktie gelijk aan nul. Bij de tot nu toe gebruikelijke aftasting van optische 10 informatiestrukturen via lineaire media waarvan de optische eigenschappen niet veranderen is, indien de detektieapertuur groter is dan of gelijk aan de apertuur van de op de informatiestruktuur invallende bundel, de modulatie-overdrachtsfunktie geheel bepaald door de numerieke apertuur en de golflengte van de aftastbundel. De numerieke 15 apertuur van de aftastbundel is gelijk aan de numerieke apertuur van het objektief waarmee de aftastbundel tot een aftastvlek gefokusseerd wordt. De detektieapertuur is de apertuur van de bundel die door de stralingsgevoelige detektor ingevangen kan worden. Deze apertuur kan gelijk zijn aan de numerieke apertuur van een verzamellens tussen de 20 registratiedrager en de detektor, maar kan ook bepaald worden door de opening van de detektor zelf. Onder de bovenstaande voorwaarde wordt de grensfrequentie fc gegeven door: fc = 2.NA/X zodat de hoogste ruimtefrequentie in de informatiestruktuur die nog uitgelezen kan worden kleiner is dan 2.NA/X.

25 De onderhavige uitvinding berust op het inzicht dat door gebruik van een niet-lineair materiaal, dat wil zeggen een materiaal waarvan de optische eigenschappen veranderen onder invloed van de aftastbundel, in kombinatie met de energieverdeling over de doorsnede van deze bundel, binnen een klein gebied van de stralingsvlek een 30 verandering van bijvoorbeeld de transmissie- of reflektiecoëfficient optreedt. Op de oorspronkelijke lineaire transmissie- of reflektiecoëfficient is, ter plaatse van de aftastvlek en met deze vlek meelopend, een niet-lineaire komponent gesuperponeerd. De laatste komponent representeert een sub- of effektieve-, aftastvlek die 35 aanzienlijk kleiner is dan de oorspronkelijke aftastvlek en waarvan de zijlobben, in tegenstelling tot die van de oorspronkelijke stralingsvlek, te verwaarlozen zijn. Met de effektieve aftastvlek kunnen .8801327 « PHN 12.575 6 \ aanzienlijk kleinere informatiegebiedjes van een registratiedrager worden uitgelezen, of meer algemeen kunnen kleinere details van een voorwerp worden gedetekteerd, dan met de oorspronkelijke aftastvlek. Het oplossend vermogen van het optische aftastsysteem is derhalve verhoogd.

5 In termen van de modulatie-overdrachtsfunktie heeft de maatregel volgens de uitvinding tot gevolg dat op de oorspronkelijke, door NA en λ bepaalde modulatie-overdrachtsfunktie een niet-lineaire subfunktie is gesuperponeerd. Deze laatste heeft weliswaar een kleiner maximum maar ook een aanzienlijk vlakker verloop en een hogere 10 afsnijfrequentie dan de oorspronkelijke funktie. Het verschil in afsnijfrequentie kan een faktor twee of zelfs hoger zijn.

Door gebruik te maken van materialen met hogere orde niet-lineariteiten al of niet in kombinatie met een grotere detektieapertuur kan de afsnijfrequentie nog verder verhoogd worden. Daarbij zal de 15 detektiegrens uiteindelijk bepaald worden door de signaal- ruisverhouding, in tegenstelling tot de konventionele optische aftasting waar een scherpe grens ligt bij de afsnijfrequentie fc = 2.NA/X.

Opgemerkt wordt dat in het artikel "Superresolution in Microscopy and the Abbe Resolution Limit" in "Journal of the Optical 20 Society of America", Vol. 57, No. 10 (Oct. '67), pag. 1190-1192 een theoretische beschouwing gegeven wordt over hoe, door het aanbrengen van een zogenaamde stop of diafragma tegen het voorwerp, superresolutie zelfs tot oneindig hoge ruimtefrequenties bereikt zou kunnen worden. Er wordt daar echter tevens gekonstateerd dat het in de praktijk vrijwel 25 onmogelijk is een dergelijk diafragma met de gewenste kleine opening te vervaardigen en dit op de gewenste positie te plaatsen. Het grote voordeel van de onderhavige uitvinding is dat de aftastvlek zelf in de niet-lineaire laag een soort stop-funktie kreëert, waardoor het voor het eerst in de praktijk mogelijk wordt de gewenste superresolutie te 30 realiseren.

Een zeer belangrijke toepassing van de uitvinding betreft het uitlezen van optische registratiedragers. Daarbij wordt gebruik gemaakt van een nieuw soort registratiedrager die gekenmerkt wordt door een laag niet-lineair optisch materiaal die gelegen is binnen de 35 scherptediepte van het informatievlak.

De laag niet-lineair optisch materiaal kan gevormd worden door de laag waarin de informatie ingeschreven is of kan worden. Er ,8801327 * PHN 12.575 7 bestaan echter ook uitvoeringsvormen waarin behalve de informatielaag een aparte laag niet-lineair optisch materiaal aanwezig is. Daarbij moet er wel voor gezorgd worden dat de laatstgenoemde laag zó dicht bij het informatievlak gelegen is dat de grootte van de aftastvlek in die laag 5 niet veel afwijkt van die van de buigingsbegrensde aftastvlek in het informatievlak. Omdat de grootte van de aftastvlek aangepast is aan de informatiestruktuur en deze grootte afhangt van de numerieke apertuur van het objektiefstelsel waarmee de aftastvlek gevormd wordt en omdat verder de scherptediepte van het objektiefstelsel omgekeerd evenredig is 10 met het kwadraat van de numerieke apertuur, is het geoorloofd, en verdient het vanwege de wens tot korte formulering van de bovengenoemde eis de voorkeur, te spreken over de scherptediepte van het informatievlak.

De registratiedrager volgens de uitvinding kent een groot 15 aantal uitvoeringsvormen, die zich volgens twee kriteria van elkaar onderscheiden. Het eerste kriterium betreft de gebruiksmogelijkheden van de registratiedrager.

Een eerste uitvoeringsvorm volgens het eerste kriterium vertoont als kenmerk, dat het informatievlak voorzien is van een 20 permanente informatiestruktuur die wordt gevormd door volgens informatiesporen gerangschikte informatiegebiedjes die, in de spoorrichting, afwisselen met tussengebiedjes en zich daarvan optisch onderscheiden.

Met een permanente informatiestruktuur wordt bedoeld een 25 informatiestruktuur die door de fabrikant van de registratiedrager is aangebracht en waarin de informatiegebiedjes bij voorkeur worden gevormd door putjes in, of heuveltjes op het registratieoppervlak. Een registratiedrager met een dergelijke struktuur kan door de gebruiker allleen gelezen worden, en niet gewist en opnieuw geschreven.

30 Een tweede uitvoeringsvorm volgens het eerste kriterium betreft een registratiedrager die éénmaal ingeschreven kan worden en vertoont als kenmerk, dat het informatievlak voorzien is van een permanente servosporen-struktuur ten behoeve van de positionering van de aftastvlek in het informatievlak. Een dergelijke registratiedrager is 35 veelal van het zogenaamde ablatieve type, waarin bijvoorbeeld door de energie van de inschrijfbundel putjes in het informatieoppervlak gesmolten kunnen worden. Een andere mogelijkheid is dat het inschrijven ,8801327 4 \ PHN 12.575 8 geschiedt door het vormen van niet-wisbare kristallijne gebiedjes in een amorfe laag of omgekeerd. De permanente servosporen-struktuur is door de fabrikant van de registratiedrager aangebracht. Met deze struktuur kan er voor gezorgd worden dat de aftastvlek een nauwkeurig gedefiniëerde 5 baan in het informatievlak volgt, maar eventueel ook dat de aftastvlek zich op een bepaald moment op de juiste positie in de spoorrichting bevindt.

Een derde uitvoeringsvorm volgens het eerste kriterium betreft een registratiedrager die meerdere malen geschreven en gewist 10 kan worden en vertoont als kenmerk, dat het informatievlak voorzien is van een permanente servosporen-struktuur ten behoeve van de positionering van de aftastvlek in het informatievlak. De servosporenstruktuur heeft dezelfde funktie als die in de tweede uitvoeringsvorm. Als voorbeelden van een informatielaag voor de derde 15 uitvoeringsvorm kunnen genoemd worden een magneto-optische laag, of een zogenaamde fase-overgangslaag waarin door optische straling lokaal een overgang van de amorfe fase naar de kristallijne fase, en omgekeerd, kan worden bewerkstelligd. Een derde voorbeeld van een meerdere malen wisen schrijfbare informatielaag is een dubbellaag van een eerste 20 kunststoflaag die een relatief hoge thermische uitzettingskoëfficiënt heeft en een glasovergangstemperatuur die beneden kamerteperatuur ligt en een tweede kunststoflaag die met de eerste kunststoflaag verbonden is en een relatief lage uitzettingskoëfficiënt heeft en een glasovergangs-temperatuur die 25 boven kamertemperatuur ligt. Een dergelijke dubbellaag, waarvan de eerste laag wordt aangeduid met expansielaag en de tweede met retentielaag, is beschreven in de Europese octrooiaanvrage nr.

0 136 070.

Een vierde uitvoeringsvorm volgens het eerste kriterium 30 betreft een registratiedrager bestemd als master voor het initieel, langs optische weg, inschrijven van een spoorvormige struktuur die gerepliceerd kan worden in een registratiedrager volgens de eerste, tweede of derde uitvoeringsvorm, welke registratiedrager een substraat en een stralingsgevoelige laag bevat.

35 De spoorvormige struktuur kan een spoorvormige informatiestruktuur of een servosporen-struktuur zijn, die omgezet word in een reliëfpatroon dat geschikt is om met bekende pers- of .8801327 PHN 12.575 9 replikatechnieken op verdere registratiedragers overgebracht te worden. De stralingsgevoelige laag kan een fotogevoelige laag zijn maar ook een expansie-retentie dubbellaag die al genoemd werd in verband met de meerdere malen wis-en schrijfbare registratiedragers.

5 De hierboven genoemde eerste tot en met vierde uitvoeringsvorm van de registratiedrager onderscheiden zich van de bekende registratiedragers doordat zij een laag niet-lineair optisch materiaal bevatten die gelegen is binnen de scherptediepte van het informatievlak.

10 Het tweede kriterium waarnaar de registratiedrager volgens de uitvinding zich van elkaar onderscheiden betreft de soort niet-lineaire laag waarmee het superresolutie effekt gerealiseerd wordt.

Een eerste uitvoeringsvorm volgens het tweede kriterium vertoont, als kenmerk, dat het niet-lineaire materiaal een materiaal is 15 waarvan de transmissie verandert bij veranderende intensiteit van de invallende straling. Een voorbeeld van een dergelijke laag is in de literatuur bekend onder de naam blekende laag, of "bleaching layer", van welke laag de transmissie toeneemt bij toenemende intensiteit van de invallende straling.

20 Opgeraerkt wordt dat het gebruik van blekende lagen op zichzelf bekend is in de fotolithografische technieken voor het vervaardigen van geïntegreerde schakelingen. Daar wordt echter de blekende laag gebruikt om de randen van de afzonderlijke elementen in de schakelingspatronen die in de halfgeleider aangebracht moeten worden 25 scherper te maken, en niet om de totale afbeeldingsbundel te begrenzen zoals in de onderhavige uitvinding.

De eerste uitvoeringsvorm van de registratiedrager kan als verder kenmerk vertonen, dat het materiaal met een onder invloed van de intensiteit veranderende transmissie een verzadigende kleurstof is.

30 Deze kleurstof wordt bijvoorbeeld bij toenemende intensiteit steeds meer doorzichtig voor straling van een bepaalde golflengte.

De eerste uitvoeringsvorm heeft echter bij voorkeur als verder kenmerk, dat het materiaal met een onder invloed van de intensiteit veranderende transmissie een bistabiel optische materiaal is.

35 Dit materiaal is beschreven in: "Opties Communications",

Vol. 59 (1984) nr. 5, pag. 359-361 voor toepassing in optische schakelaars en optische rekenmachines. Bij een bepaald .8801327 t PHN 12.575 10 intensiteitsniveau wordt de transmissie van dit materiaal sprongsgewijs hoger en bij weer verlagen van de intensiteit tot beneden dit niveau neemt de transmissie sprongsgewijs af. Het bistabiele of optische materiaal is bij uitstek geschikt voor het realiseren van het 5 superresolutie-effekt omdat het vrijwel zonder vertraging werkt.

Een laag waarvan de transmissie verandert bij veranderende intensiteit kan gebruikt worden in een registratiedrager met een permanente informatiestruktuur, in een eenmalig inschrijfbare registratiedrager en in een meerdere malen wis- en schrijfbare 10 registratiedrager en is bij uitstek geschikt om toegepast te worden in een registratiedrager die als master dient bij het vervaardigen van een groot aantal identieke registratiedragers met een informatie-sporenstruktuur of een servosporen-struktuur.

Een tweede uitvoeringsvorm, volgens het tweede kriterium, 15 van de registratiedrager vertoont als kenmerk, dat het niet-lineaire optische materiaal een materiaal is waarvan de brekingsindex verandert bij verandering van de intensiteit van de invallende straling.

Daarbij kan zowel het reële deel van de brekingsindex als het imaginaire deel van een komplexe brekingsindex veranderen, met 20 andere woorden het niet-lineaire optische effekt kan zowel een amplitude effekt als een fase effekt zijn. Als voorbeeld van een dergelijke laag, die zowel vóór als achter de registratielaag aangebracht kan zijn, kan genoemd worden een laag bestaande uit een fase-overgang materiaal. Gebleken is dat de komplexe brekingsindex van dit soort materialen, 25 zowel in de amorfe als in de kristallijne fase, zó sterk temperatuursafhankelijk is dat straling waarvan de intensiteit te klein is om een fase-overgang te bewerkstelligen toch een voldoende grote verandering van de brekingsindex, in beide fases, tot stand kan brengen om deze materialen als niet-lineaire materialen in de zin van de 30 onderhavige uitvinding te kunnen gebruiken.

Een sub-uitvoeringsvorm van een registrtatiedrager met een fase-overgangsmateriaal als niet-lineair optisch materiaal vertoont verder als kenmerk, dat de laag niet-lineair optisch materiaal tevens de informatielaag is. Bij het inschrijven van deze registratiedrager met 35 een eerste, hoog, intensiteitsniveau wordt lokaal de amorfe fase omgezet in een kristallijne, of omgekeerd, terwijl bij het uitlezen met een tweede, laag, intensiteitsniveau de brekingsindex tijdelijk wordt 8801327 PHN 12.575 11 veranderd, zonder dat er een fase-overgang plaats heeft.

Een derde uitvoeringsvorm, volgens het tweede kriterium, van de registratiedrager vertoont als kenmerk, dat het niet-lineair optische materiaal een kunststof is die een relatief hoge thermische 5 uitzettingskoëfficient heeft

In een dergelijke, expansie-laag kan door een aftastbundel met een intensiteit lager dan de inschrijfintensiteit lokaal een oppervlakte-vervorming tot stand gebracht worden waardoor weer een diskriminatie binnen de aftastbundel plaats vindt en effektief 10 een kleinere aftastvlek gevormd wordt in het informatievlak.

Een expansielaag en een laag met variabele brekingsindex kunnen worden toegepast in registratiedragers met een permanente informatiestruktuur of in registratiedragers die één of meerdere raaien beschrijfbaar zijn. Zo kan in de uitvoeringsvorm met een 15 expansielaag als niet-lineaire laag de informatielaag ook een expansielaag in kombinatie met een retentielaag zijn.

Een vierde uitvoeringsvorm, volgens het tweede kriterium, van de registratiedrager waarin de informatielaag bestaat uit een magneto-optisch materiaal waarin met behulp van een magneetveld en een 20 stralingsbundel magnetische domeinen kunnen worden ingeschreven die op basis van polarisatieverandering van een aftastbundel kunnen worden uitgelezen, vertoont als kenmerk, dat de niet-lineaire laag wordt gevormd door een magneto-optische informatielaag waarvan de polarisatieverandering afhangt van de temperatuur.

25 Deze uitvoeringsvorm van de registratiedrager maakt voor het eerste gebruik van het feit dat de door een magnetische domein in de magneto-optische informatielaag veroorzaakte polarisatieverandering, in de vorm van een draaiing van de polarisatierichting of in de vorm van een verandering van de elliptic!teit van de polarisatie, afhankelijk is 30 van de temperatuur van deze laag.

De magneto-optische registratiedrager kan als verder kenmerk vertonen dat een laag niet-lineair optisch materiaal is aangebracht binnen de scherptediepte van de magneto-optische laag.

Door de extra laag kan het niet-lineaire effekt 35 aanzienlijk verhoogd worden. Het is ook mogelijk om in hoofdzaak van alleen het niet-lineaire effekt van de extra laag gebruik te maken.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van een registrtatiedrager .8601327 t PHN 12.575 12 % met een van de hierboven genoemde soorten niet-lineaire optische lagen vertoont als kenmerk, dat de niet-lineaire optische laag deel uitmaakt van een lagenpakket dat een resonantiestruktuur voor de aftaststraling vormt.

5 Door het kreeëren van een resonantie- of opslingerstruktuur in de registratiedrager kan het niet-lineaire effekt aanzienlijk verhoogd worden. De niet-lineaire laag zelf vertoont een transmissie (T) versus optische dikte (nd: met n de brekingsindex en d de geometrische dikte van de laag) karakteristiek die een sinusachtig 10 verloop heeft. De waarde nd wordt zó gekozen dat rond het overeenkomstige punt op de karakteristieke kromme, het werkpunt, de kromme een maximale helling heeft. De optische dikte nd van de laag zal daarbij meestal afwijken van N.^, waarin λ de golflengte van de aftaststraling en N een geheel getal is, omdat voor 15 n.d = N.| meestal een extremum in de karakteristieke kromme bereikt wordt. Het niet-lineaire effekt van de zó geoptimaliseerde laag kan versterkt worden door de optische diktes n^.d^ van reeds in de registratiedrager aanwezige andere lagen aan te passen, zodanig dat deze lagen samen met de niet-lineaire laag een resonantie- of 20 opslingerstruktuur vormen. Van dit lagenpakket geldt dat x E ni.di, i=1 waarin X het aantal lagen, en n^ en d^ de brekingsindex en de 25 geometrische dikte van de laag i zijn, zo gekozen is dat rond het overeenkomstige punt op de karakteristieke kromme de helling van deze kromme maximaal is.

De uitvoeringsvorm van de registratiedrager met een resonantiestruktuur kan als verder kenmerk vertonen dat een aantal extra 30 lagen aanwezig zijn die samen met de niet-lineaire laag de resonantiestruktuur vormen.

Dan behoeven de reeds in de registratiedrager aanwezige lagen niet aangepast te worden. Voor het lagenpakket met de extra lagen geldt dezelfde voorwaarde van de totale optische dikte als hierboven is 35 aangegeven.

Een optimaal superresolutie signaal bij gebruik van niet-lineair optische materialen wordt verkregen indien het lokale niet- 8801327 * PHN 12.575 13 lineair optisch effekt slechts aanwezig is gedurende een tijdsinterval in de orde van grootte van de verblijfstijd van het centrale gedeelte van de aftastvlek in het gebied van dit effekt, met andere woorden indien het lokale effekt verdwenen is onmiddellijk nadat het centrale 5 gedeelte van de aftastvlek uit deze lokale positie verdwenen is. Dan wordt de aftastvlek zowel aan de voorkant als aan de achterkant, gezien in de bewegingsrichting van de vlek, verkleind. Het superresolutiesignaal heeft dan een maximale signaal-ruisverhouding.

Materialen die de daartoe vereiste korte hersteltijd vertonen, ofwel 10 snel reversibel zijn, zijn bijvoorbeeld blekende materialen of bistabiele optische materialen.

Bij gebruik van niet-lineaire optische materialen die een langere hersteltijd hebben, en waarin het niet-lineaire effekt meestal via een thermisch effekt tot stand komt, is weliswaar de signaal-15 ruisverhouding van het superresolutie-signaal kleiner, maar nog voldoende groot om van het effekt gebruik te kunnen maken. Bij het aftasten van een registratiedrager voorzien van een dergelijk materiaal treedt het niet-lineaire effekt weliswaar aan de voor- en achterkant van de aftastvlek op, maar omdat dit effekt enige tijd aanwezig blijft en 20 als een soort komeetstaart achter de aftastvlek blijft hangen draagt alleen de verkorting van de aftastvlek aan de voorkant daarvan, en de vergroting van de steilheid daar, bij tot het superresolutie-effekt.

Voor het uitlezen van de registratiedragers volgens de uitvinding kunnen de bekende aftastinrichtingen gebruikt worden, die 25 voorzien zijn van een stralingsbron, een objektiefstelsel voor het fokusseren van een van de stralingsbron afkomstige stralingsbundel tot een buigingsbegrensde aftastvlek op het informatievlak en een stralingsgevoelige detektor voor het omzetten van straling afkomstig van het informatievlak in elektrisch signaal. In de bekende 30 aftastinrichtingen heeft het objektiefstelsel tussen de stralingsbron en het informatievlak eenzelfde numerieke apertuur als het objektiefstelsel tussen het informatievlak en de detektor; in het geval van een reflekterende registratiedrager is er slechts één objektiefstelsel aanwezig.

35 Volgens de uitvinding kan de aftastinrichting geoptimaliseerd worden voor het superresolutie-effekt. Een dergelijke nieuwe aftastinrichting vertoont als kenmerk, dat de detektie-apertuur .8801327 f η PHN 12.575 14 groter is dan de apertuur van de op de registratiedrager invallende aftastbundel.

De detektie-apertuur is de apertuur van de bundel die door de stralingsgevoelige detektor kan ingevangen worden. Deze apertuur 5 zal in de meeste gevallen bepaald worden door de opening van een optische element tussen de registratiedrager en de detektor.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de aftastinrichting volgens de uitvinding en.bestemd voor het aftasten van een reflekterende registratiedrager vertoont als verder kenmerk, dat het objektiefstelsel 10 bevat een rond centraal gedeelte dat voldoende gekorrigeerd is en een voldoende optische kwaliteit heeft voor het vormen van de buigingsbegrensde stralingsvlek, en een daarop aansluitend ringvormig gedeelte dat van de registratiedrager afkomstige straling kan opvangen.

Het ringvormige lensgedeelte moet alleen maar licht 15 verzamelen en behoeft niet af te beelden en kan daarom een aanzienlijk lagere optische kwaliteit hebben dan het centrale lensgedeelte. Met het ringvormige lensgedeelte kan van de registratiedrager afkomstige straling die buiten de het centrale gedeelte van het objektiefstelsel valt opgevangen worden en daardoor gedetekteerd worden. De informatie 20 die vervat is in de informatiegebiedjes die aanzienlijk kleiner zijn dan de door het objektiefstelsel gevormde aftastvlek en die met het superresolutie effekt uitgelezen kunnen worden, bevindt zich vooral in deze straling, zodat de laatstgenoemde aftastinrichting beter geschikt is voor het superresolutie-effekt dan de konventionele inrichtingen.

25 Het objektiefstelsel kan op bekende wijze gevormd worden door een enkel lenselement met een of twee asferische brekende oppervlakken, door een holografische lens of door een lenselement met een radieel variërende brekingsindex.

De straling die door het ringvormige lensgedeelte treedt 30 kan opgevangen worden door de detektor die ook de door het centrale lensgedeelte tredende straling opvangt. De aftastinrichting volgens de uitvinding kan echter ook als verder kenmerk vertonen, dat een extra detektor aanwezig is voor het opvangen van de door het ringvormige lensgedeelte tredende straling.

35 Dan kan het signaal ten gevolge van het superresolutie effekt apart gedetekteerd en behandeld worden, terwijl bovendien met deze inrichting konventionele platen uitgelezen kunnen worden.

.8801327 PHN 12.575 15

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de tekening. Daarin tonen; de figuren 1a tot en met 1k het principe van de uitvinding, 5 figuur 2 voorbeelden van modulatie-overdrachtsfunkties die verkregen kunnen worden bij toepassing van de uitvinding, figuur 3 een uitvoeringsvorm van een optische registratiedrager in bovenaanzicht, figuur 4 een uitvoeringsvorm van een optische 10 aftastinrichting, de figuren 5a, 5b en 5c doorsneden van verschillende orde deelbundels in het verre veld van de informatiestruktuur voor de gevallen dat er geen, respektievelijk wel een, niet-lineair effekt optreedt, 15 de figuren 6, 7, 9, 10, 11, 13, 14, 16, 17, 18, 19, 20 en 23 uitvoeringsvormen van een registratiedrager met een niet-lineaire laag, figuur 8 de transmissie als funktie van de intensiteit van een bistabiel optisch materiaal, 20 figuur 12 het verloop van een langs thermische weg opgewekt niet-lineair optisch effekt, figuur 15 de transmissie als funktie van de optische dikte van een niet-lineair laag en van een lagenpakket, figuur 21 een magneto-optische inschrijf- en 25 uitleesinrichting, figuur 22 een methode voor het inschrijven van magnetische domeinen in een magneto-optische registratiedrager, en figuur 24 een uitvoeringsvorm van een uitleesinrichting volgens de uitvinding.

30 In figuur 1a is schematisch aangegeven hoe een stralingsbundel b met een vlak golffront door een objektief L1 wordt gefokusseerd op een transmissie-voorwerp o, en de door het voorwerp tredende straling door een tweede objektief L2 wordt gekoncentreerd op een stralingsgevoelige detektor D. Het verloop van het verre veld E(ƒ>), 35 dat door het objektief L1 wordt doorgelaten, als funktie van de straal is in figuur 1b weergegeven. Dit veld heeft een konstante waarde E., binnen de numerieke apertuur, NA, van het objektief en is daarbuiten - 880 1327 PHN 12.575 16 gelijk aan nul. Het objektief L1 vormt een buigingsbegrensde stralingsvlek S op het voorwerp 0, waarbij het veld E(r) (figuur 1c) de bekende Airy-verdeling vertoont die gegeven wordt door de funktie Jl(r)/r, waarin J^(r) de Besselfunktie van de eerste orde is. Deze 5 stralingsvlek bestaat uit een centrale heldere cirkel en enkele daaromheen gelegen ringen met zwakkere en naar buiten toe afnemende veldsterkte. In figuur 1c is ook de halfwaarde-breedte, FWHM, van de stralingvlek, dat wil zeggen de afstand tussen de punten waar de veldsterkte gelijk is aan de helft van die in het centrum van de vlek, 10 aangegeven. Deze FWHM is bijvoorbeeld 0,71X/NA, waarin X de golflengte van de gebruikte straling is.

Er wordt verondersteld dat het voorwerp 0 een homogene laag is zodat de transmissie t onafhankelijk van de positie van de vlek S op het voorwerp is (figuur 1d). Indien deze laag een lineaire laag is, 15 dat wil zeggen dat de transmissie niet beïnvloed wordt door de invallende straling, heeft het veld tQ.E(r) achter de laag dezelfde vorm en dezelfde halfwaarde-breedte als het op de laag invallende veld E(r), zoals in figuur 1e is aangegeven. Het veld ter plaatse van de detektie-apertuur van het objektief I^, ook wel het verre veld van het 20 voorwerp genoemd, is de Fourier-getransformeerde E(ƒ?) van E(r), het omgekeerde van de transformatie die door het objektief L·^ tot stand wordt gebracht. Het genoemde verre veld is in figuur 1f aangegeven. Eenvoudigheidshalve is aangenomen dat de numerieke apertuur van het objektief L2 gelijk is aan die, NA, van het objektief L1. Deze 25 situatie doet zich onder andere voor bij het uitlezen van een reflekterende registratiedrager. Door konvolutie van het verre veld met de detektie apertuur wordt de modulatieoverdrachtsfunktie MTF verkregen. Deze funktie, die in figuur 1g is weergegeven, heeft een afsnijfrequentie fc die voor het hier beschouwde geval gelijk is aan 30 2.NA/X.

Indien het voorwerp 0 een laag niet-lineair materiaal is, verandert de transmissie daarvan onder invloed van de energie van de aftastbundel b. Deze energie wordt gegeven door E(r).E*(r), waarin E*(r) de komplex toegevoegde van E(r) is. Voor een voorwerp uit niet-35 lineair materiaal wordt de transmissie t(r) in eerste benadering gegeven door: t(r) = tQ + At, met ,4801327 ƒ PHN 12.575 17

At =|Έ(γ) .E(r)*, waarin^ een faktor is die afhankelijk is van het soort materiaal en de dikte daarvan en van de omringende media. De term tQ representeert het lineaire gedeelte van de transmissie en At is de niet-lineaire bijdrager. De niet-lineaire 5 transmissieterm is in figuur 1h weergegeven. Aan deze term kan ook een halfwaarde-breedte Atp^^ toegekend worden die bijvoorbeeld 0,51λ/ΝΑ is. Vanwege de niet-lineaire term At heeft het veld achter het voorwerp 0 behalve de in figuur 1c weergegeven lineaire veldterm E(r) ook een niet-lineaire veldterm AE(r) gekregen. Deze term wordt gegeven door: 10 AE(r) = At.E(r), dus door AE(r) = )".E(r).E(r).E(r)*, en is in figuur 1i aangegeven. De term AE(r) representeert een stralingsvlek met verwaarloosbare zijlobben waarvan de halfwaarde-breedte FWHM' aanzienlijk kleiner is, in het gegeven model \ 15 0.42jjp dan die van de stralingsvlek welke wordt gerepresenteerd door de veldterm E(r) in figuur 1c. Het oplossend vermogen van de eerstgenoemde stralingsvlek is groter dan die van de laatstgenoemde. De Fourier-getransformeerde AE(f) van de veldterm AE(r), ofwel de niet-lineaire bijdrage tot het verre veld ter plaatse van de 20 detektie-apertuur, wordt gegeven door de konvolutie: AE(/0) = J.E(f) X E(f)*X E(ƒ) waarin Eif) gelijk is aan het verre veld van de homogeen gevulde Airy cirkel.

Zoals in figuur 1j te zien is vertoont AE(^) een grotere 25 uitgestrektheid dan E(f). In het beschouwde voorbeeld loopt E(fj van NA tot +NA terwijl AEt/3) zich uitstrekt van -3NA tot +3NA. Door konvolutie van de verre veld term AE(p) met de detektieapertuur, de apertuur van het objectief wordt het niet-lineaire gedeelte van de modulatie-overdrachtsfunktie, AMTF, verkregen, die in figuur 1k is weergegeven.

30 Voor het gegeven model is de afsnijfrequentie fc' van AMTF tweemaal zo hoog als de afsnijfrequentie fc van een konventioneel buigingsbegrensd optisch aftastsysteem.

Indien de van het voorwerp o afkomstige straling wordt opgevangen door één detektor D worden de funkties volgens de figuren 35 1g en 1k bij elkaar opgeteld waardoor een resulterende modulatie-overdrachtsfunktie MTFS verkregen wordt die een afsnijfrequentie fc' heeft. De optische aftastinrichting heeft aldus een verhoogd .8801327 PHN 12.575 . 18 oplossend vermogen verkregen hoewel de grootte van de aftastvlek S niet verkleind is. Dit fenomeen wordt aangeduid met superresolutie.

Voor het superresolutie-effekt op zich is de aard van het niet-lineaire effekt niet relevant. At kan groot of klein zijn, positief 5 of negatief of zelfs komplex en anisotropisch, zoals in het volgende nog zal worden besproken. Met anisotropisch wordt bedoeld dat het effekt afhangt van de polarisatierichting, of de richting van de E-vektor van de straling. Alleen voor ruimtelijke frequenties in het voorwerp die kleiner zijn dan fc is de aard van At belangrijk. Indien in het 10 frequentiegebied van 0 tot fc het niet-lineaire gedeelte wordt opgeteld bij het lineaire gedeelte en, indien de fase van het niet-lineaire effekt tegengesteld is aan die van het lineaire effekt ontstaat een lokaal minimum in de resulterende overdrachtsfunktie MTF_, zoals in figuur 2 is aangeduid.

15 Het voorwerp dat afgetast wordt is uiteraard niet homogeen, zoals in het voorgaande verondersteld is, maar vertoont een bepaalde struktuur. In het geval van een optische registratiedrager bestaat deze struktuur uit een patroon van informatiegebiedjes. In figuur 3 is een gedeelte van een dergelijke registratiedrager in 20 bovenaanzicht weergegeven. In het informatievlak 2 van de registratiedrager 1 bevinden zich een groot aantal informatiesporen 3 die van elkaar gescheiden worden door informatieloze tussenstroken 4. De informatiesporen kunnen koncentrische sporen zijn, of quasi-koncentrisch in elkaar overlopende sporen die samen één spiraalvormig spoor 25 vormen. De informatiesporen 3 zijn opgebouwd uit informatiegebiedjes 5, die in de spoorrichting afwisselen met tussengebiedjes 6. De informatiestruktuur kan een zogenaamde fasestruktuur zijn en bestaan uit in het informatie oppervlak verzonken kuiltjes of uit op dit oppervlak gelegen heuveltjes. Een dergelijke struktuur beïnvloedt de fase van de 30 er op invallende straling. De informatiegebiedjes kunnen zich ook daardoor van de rest van het informatievlak onderscheiden doordat zij een andere reflektie- of transmissiekoëfficiënt hebben. Bij het uitlezen van dergelijke informatiegebiedjes wordt de amplitude van de aftastbundel gevarieerd. Verder kunnen de informatiegebiedjes bestaan 35 uit magnetisch domeinen waarvan de magnetisatie-richting tegengesteld is aan die van de omgeving. Dan is er sprake van een magneto-optische registratiedrager, die kan worden uitgelezen door gebruik te maken van .0801327 PHN 12.575 19 de polarisatiedraaiingt of het Kerr-effekt, die de gebiedjes in de aftastbundel veroorzaken. In alle genoemde gevallen is de informatie gekodeerd in de opeenvolging van informatiegebiedjes in de spoorrichting.

In figuur 4 is een gedeelte van de registratiedrager 1 in 5 radiële doorsnede weergegeven alsmede, schematisch, een uitleesinrichting daarvoor. Het informatievlak 2 is reflekterend en het substraat 7 van de registratiedrager is doorzichtig, zodat de informatie kan worden uitgelezen met een aftastbundel b die tweemaal door dit substraat heen gaat. De bundel b wordt geleverd door een stralingsbron 10 10, bijvoorbeeld een halfgeleider-diodelaser, en door een objektief 11 tot een aftastvlek S op het informatievlak 2 gefokusseerd. Vóór het objektief 11 kan een kollimatorlens 12 aangebracht zijn die de van de bron afkomstige divergerende bundel omzet in een evenwijdige bundel met een zodanige doorsnede dat de pupil van het objektief 11 goed gevuld 15 wordt en de aftastvlek S een buigingsbegrensde stralingsvlek is met minimale afmeting.

Door roteren van de registratiedrager met behulp van een as 13 die door de centrale opening 14 van de drager steekt kan één spooromwenteling worden afgetast. Door bovendien de aftastvlek en de 20 registratiedrager in radiële richting ten opzichte van elkaar te bewegen kunnen alle sporen, of kan het gehele spiraalvormige spoor worden afgetast. Daarbij wordt de aftastbundel gemoduleerd overeenkomstig de opeenvolging van informatiegebiedjes en tussengebiedjes in de spoorrichting. De gemoduleerde aftastbundel wordt 25 door het informatievlak gereflekteerd in de richting van de bron 10. Tussen de bron en het objektief 11 is een bundeldeler 15, bijvoorbeeld een prisma met een halfdoorlatend vlak 16, aangebracht dat een deel van de gereflekteerde bundel naar een stralingsgevoelige detektor 17 zendt. Deze detektor levert dan een elektrisch signaal dat gemoduleerd is 30 overeenkomstig de uitgelezen informatie.

De uit informatiegebiedjes bestaande struktuur kan worden beschouwd als een twee-dimensionaal diffraktieraster, dat de invallende aftastbundel splitst in een, onafgebogen, nulde-orde deelbundel, een aantal deelbundels van de eerste orde en een aantal hogere orde 35 deelbundels. Voor de onderhavige uitvinding zijn alleen de eerste-orde deelbundels van belang omdat de energie van de hogere-orde deelbundels slechts gering is.

.8801327 PHN 12.575 20

In figuur 5a is een lineair raster g in dwarsdoorsnede aangegeven. Dit raster wordt belicht met een bundel b afkomstig van een objektief waarvan alleen de pupil p is weergegeven. Het raster g reflekteert de bundel en splitst deze in een nulde-orde deelbundel b(0), 5 een deelbundel van de +1°-orde b(+1), een deelbundel van de -1°-orde b(-1) en een aantal niet weergegeven hogere orde deelbundels. De deelbundels b(+1) en b(-1) worden afgebogen onder hoeken +a en -a respektievelijk. In figuur 5b zijn de doorsneden van de bundels ter plaatse van de pupil weergegeven.

10 De deelbundel b(0) die, bij afwezigheid van een niet- lineair effekt, dezelfde openingshoek 6 heeft en dezelfde richting als de invallende bundel b valt geheel binnen de pupil en wordt in het geval van een optische aftastinrichting waarmee het informatieraster g wordt uitgelezen doorgelaten naar de detektor (17 in figuur 4). De nulde-orde 15 deelbundel bevat geen informatie over de opeenvolging van de informatiegebiedjes en tussengebiedjes.Deze informatie bevindt zich vooral in de eerste-ordes deelbundels b(+1), b(-1). Van deze deelbundels vallen slechts de gedeelten aangegeven door de gearceerde gebieden OV^ en 0V2 binnen de pupil. Bij het uitlezen van de informatie wordt 20 gebruik gemaakt van de fasevariaties in de deelbundels b(+1) en b(-1) ten opzichte van de nulde-orde deelbundel. In de gebieden OV^ en OV2 in figuur 5b overlappen de eerste-ordes deelbundels met de nulde-orde deelbundel en treden interferenties op. Bij het bewegen van de aftastvlek over een informatiespoor veranderen de fase van de eerste-25 orde deelbundels. Daardoor verandert de intensiteit van de totale straling die door het objektief treedt en op de detektor terecht komt.

Indien het centrum van de aftastvlek samenvalt met het centrum van een informatiegebiedje, bijvoorbeeld een putje, bestaat een bepaald faseverschil ψ tussen een eerste-orde deelbundel en de nulde-30 orde deelbundel. Dit faseverschil wordt ook wel aangeduid met fasediepte van de informatiestruktuur. Beweegt de aftastvlek van een eerste informatiegebiedje naar een tweede dan neemt de fase van de +1°-orde deelbundel toe en is deze fase met 2π verhoogd op het moment dat het centrum van de aftastvlek in het centrum van het tweede 35 informatiegebiedje aangekomen is. Van de -1°-orde bundel neemt dan de fase af. De fasen van de eerste-orde deelbundels ten opzichte van die van de nulde-orde deelbundel kunnen dus worden voorgesteld . 8801327

A

PHN 12.575 21 Φ(+1) = Ψ + 2ïï φ(-1) = ψ - 2ïï §-Pt waarin x de positie in tangentiële richting van de aftastvlek is en Pt de lokale tangentiële periode van de informatiestruktuur. De 5 elektrische uitgangssignalen van twee detektoren geplaatst achter de overgangsgebieden OV^ en OV2 kunnen dan worden voorgesteld door 51 = cos (Ϋ + 2ïï 52 = cos (f - 2ïï j^-)

Door optellen van deze detektorsignalen wordt het informatiesignaal 10 verkregen: $i = + S2 = 2.cos ψ cos 2π jj^·

Het bovenste geldt slechts zolang er nog overlap tussen de deelbundels b(+1) en b(-1) enerzijds en b(0) anderzijds optreedt. De hoek a waaronder de eerste-orde deelbundel wordt afgebogen is gegeven 15 door sin ct = è = λ. f waarin f de ruimtefrequentie van het Ft raster g, of de lokale ruimtefrequentie van de informatiestruktuur is.

Er is geen overlap meer indien a = 28. Aangezien sinö = NA, wordt de klassieke afwijkfrequentie fc gegeven door: ‘c - *·*- 20 Dit geldt indien het medium dat zich vóór de informatiestruktuur bevindt een lineair medium is zoals lucht of glas, en de openingshoek van de eerste orde deelbundel gelijk is aan die van de nulde-orde deelbundel. Indien, zoals de onderhavige uitvinding voorstelt, een niet-lineair medium in de onmiddellijke nabijheid van de 25 informatiestruktuur wordt aangebracht en de stralingsbundel de in figuur 1c aangegeven energieverdeling heeft, zodat een tijdelijk niet-lineair effekt gekreëerd wordt in de weg die de aftastbundel doorloopt, dan verkrijgt de energieverdeling in het verre veld van de informatiestruktuur een grotere uitgebreidheid zoals in figuur 1j is 30 aangegeven. Dit betekent dat de nulde-orde en de eerste-orde deelbundels breder zijn geworden zoals in figuur 5c is aangegeven met de cirkels Ab(0), Ab(+1) en Ab(-1). Terwijl in de situatie van figuur 5b de afsnijfrequentie bereikt is indien de centra B en C van de deelbundels b(+1) en b(-1) naar respektievelijk D en E verschoven zijn, wordt in de 35 situatie van figuur 5c de afsnijfrequentie, bij gelijkblijvende grootte van de detektiepupil P, pas bereikt als B en C naar respektievelijk D' en E' verschoven zijn omdat dan pas binnen de pupil p geen overlap 8801327 k PHN 12.575 22 meer optreedt van de eerste-orde deelbundel Ab(+1) en Ab(-1) met de nulde-orde deelbundel Ab(0). De afstanden AD' en AE' zijn tweemaal zo groot als de afstanden AD en AE respektievelijk, zodat de afsnijfrequentie bij het optreden van een niet-lineair effekt in het 5 gegeven model met een faktor twee vergroot wordt.

Uit figuur 5c volgt ook dat bij gebruik van een grotere detektie-apertuur, dus bij grotere pupil p', pas bij nog grotere verplaatsingen naar buiten van de middelpunten B en C van de eerste-orde deelbundels Ab(+1) en Ab(-1) geen overlap binnen deze pupil meer 10 optreedt tussen de eerste-orde deelbundels en de nulde-orde deelbundel, zodat de afsnijfrequentie nog groter wordt.

Door de grotere breedte van de deelbundels Ab(0), Ab(+1) en Ab(-1) is de energie van deze bundels in de overlapgebieden kleiner dan in die van de deelbundels b(0), b(+1) en b(-1) in de overlapgebieden 15 OV2 en OV2 in Figuur 5b. De amplitude van het superresolutiesignaal is daardoor kleiner dan die van het informatiesignaal dat op de konventionele manier verkregen is maar nog voldoende groot om uit te kunnen lezen. Pas bij niet-lineaire effekten met zeer kleine afmetingen, die nodig zouden zijn voor het uitlezen van zeer kleine 20 informatiegebiedjes (bijvoorbeeld kleiner dan 0,2 pm), zouden de deelbundels zover kunnen "opblazen" dat, bij een aanvaardbare energie van de aftastbundel het informatiesignaal een te kleine signaal-ruisverhouding zou krijgen.

Belangrijk voor de onderhavige uitvinding is dat het niet-25 lineaire optische effekt zich in de onmiddellijke nabijheid van de informatiestruktuur of in de informatielaag zelf bevindt, opdat de effektieve bundelvernauwing in het vlak van de informatiestruktuur plaatsvindt. Met andere woorden: de niet-lineaire laag moet zich binnen de scherptediepte van de informatiestruktuur bevinden waarbij de 30 scherptediepte in eerste benadering gerelateerd is aan die van het objektief waarmee de aftastvlek op de informatiestruktuur gevormd wordt. Aangezien de effektieve aftastvlek kleiner is dan de buigingsbegrensde vlek is de gewenste toleratie voor de positie van de niet-lineaire laag kleiner dan de scherptediepte die gerelateerd is aan 35 de buigingsbegrensde stralingsvlek. De niet-lineaire laag kan zich vóór de informatiestruktuur bevinden, maar ook daarachter indien de aftastbundel door de informatielaag heengaat. In het laatste geval kan , 8801327 ΡΗΜ 12.575 23 de met de informatie gemoduleerde bundel óf doorgelaten worden naar een detektor aan de achterkant van de registratiedrager, óf langs zichzelf gereflekteerd worden. De daarvoor benodigde reflektielaag kan een niet-lineaire laag zijn.

5 Het gewenste niet-lineaire effekt kan op diverse wijzen gerealiseerd worden, waarbij gebruik gemaakt wordt van diverse soorten niet-lineaire optische lagen. De onderhavige uitvinding heeft dan ook mede betrekking op een aantal nieuwe optische registratiedragers voorzien van dergelijke lagen.

10 Een eerste uitvoeringsvorm van een dergelijke registratiedrager is in figuur 6 in tangentiële doorsnede getoond. De informatiestruktuur in het informatievlak 2 bestaat uit putjes 5 met bijvoorbeeld variabele lengte die in de spoorrichting t afwisselen met tussengebiedjes 6. Op deze struktuur is een reflekterende laag 20 15 aangebracht. Deze laag kan afgedekt zijn door een beschermlaag 21. Tussen het doorzichtige substraat 7 en de reflekterende informatiestruktuur is een niet-lineaire laag 22 aangebracht waarvan de transmissie verhoogd wordt als de invallende straling een bepaald intensiteitsniveau heeft. Het materiaal van de laag 22 en de 20 energieverdeling binnen de aftastvlek S zijn zó gekozen dat de transmissieverhoging voornamelijk in het centrale gebied S' van de stralingsvlek S plaatsvindt. Er ontstaat daardoor een sub-stralingsvlek S' waarmee informatie putjes 4 die aanzienlijk kleiner dan de stralingsvlek S zijn kunnen worden uitgelezen. Het is ook mogelijk dat 25 in het centrale gedeelte S' van de stralingsvlek de transmissie verlaagd wordt. Dan heeft het niet-lineaire effekt een ander teken.

Zoals in figuur 7 is aangegeven kan een laag 22 met variabele transmissie ook aangebracht zijn achter het informatievlak 2. De reflekterende laag 20 is dan op de laag 22 aangebracht. De laag 22 30 in figuur 7 kan ook een reflekterende laag zijn waarvan de reflektiecoëfficient lokaal wordt veranderd door de invallende straling. Dan kan de reflekterende laag 20 weggelaten worden.

De laag 22 kan een "blekende laag" zijn of een laag met een verzadigende kleurstof waarvan de transmissie voor een bepaalde 35 golflengte toeneemt bij toenemende intensiteit. De laag 22 kan ook een laag uit een zogenaamde bistabiel optisch materiaal zijn. In figuur 8 is de transmissie (T) als funktie van de intensiteit (I) van een dergelijk .S801327 PHN 12.575 24 materiaal weergegeven. Beneden een bepaalde intensiteit 1^· heeft de laag een relatief kleine transmissie . Zodra de intensiteit de drempel I, overschrijdt neemt de transmissie sprongsgewijs toe tot T2 en blijft verder konstant, ook bij toenemende intensiteit. Wordt de 5 intensiteit weer verlaagd tot beneden I1 dan daalt de transmissie sprongsgewijs tot T^. De T-I karakteristiek vertoont een hysteris.

Het voordeel van de bistabiele optische materialen en andere materialen die niet op een thermisch effekt berusten is dat zij snel reversibel zijn, zodat het niet-lineaire optische effekt verdwenen 10 is vrijwel onmiddellijk nadat de stralingsvlek verdwenen is, waardoor een optimaal superresolutie-effekt verkregen worden.

In de figuren 6 en 7 is aangegeven dat de laag 22, bijvoorbeeld een blekende laag, één vlakte zijde heeft en derhalve het profiel van de informatiestruktuur niet volgt. Bij gebruik van een 15 dunnere laag 22, die bijvoorbeeld door opdampen of sputteren wordt aangebracht, kan deze laag wel het genoemde profiel volgen. De beide mogelijkheden doen zich niet alleen voor bij lagen waarvan de transmissie verhoogd wordt, maar ook bij andere niet-lineaire lagen die nog besproken zullen worden.

20 Een uitvoeringsvorm van de registratiedrager waarin gebruik gemaakt wordt van een verandering van de brekingsindex voor het kreëeren van een tijdelijk niet-lineair effekt is in figuur 9 weergegeven. Daarin bevindt zich vóór de informatiestruktuur bijvoorbeeld een laag 30 van een zogenaamd fase-overgangsmateriaal 25 waarvoor reeds eerder voorgesteld is het als optisch inschrijf bare-materiaal, dus in een informatielaag, te gebruiken. Deze materialen, waarvan GaSb en InSb voorbeelden zijn, vertonen de eigenschap dat zij van de amorfe naar de kristallijne toestand, of omgekeerd, overgaan wanneer zij bestraald worden met licht van voldoend hoge intensiteit.

30 Daarbij verandert de komplexe brekingsindex zodat een ingeschreven gebiedje een andere reflektie- of transmissiekoëfficient heeft dan zijn omgeving. Gebleken is dat de komplexe brekingsindex van dit soort materialen zo sterk temperatuursafhankelijk is dat ook bij bestraling met een intensiteit die beneden het niveau blijft waarop de omzetting 35 van amorf naar kristallijn, of omgekeerd, optreedt, een voldoend grote verandering van de komplexe brekingsindex optreedt om lagen van deze materialen als niet-lineaire lagen in de zin van de onderhavige .8801327 PHN 12.575 25 uitvinding te kunnen gebruiken. In de uitvoeringsvorm volgens figuur 9 is een dergelijke fase-overgangslaag 30 aangebracht vóór de informatielaag 2. De laag 30 zorgt er weer voor dat de aftastvlek S effektief begrensd wordt tot een subaftastvlek S' waarmee de sub-5 mikron gebiedjes 5 kunnen worden uitgelezen.

Een dergelijke fase-overgangslaag kan ook aangebracht worden achter de informatielaag 2 zoals in figuur 10 getoond is. De laag 31 kan dan als reflektielaag fungeren waarvan de reflektiecoëfficient lokaal, binnen een gebied Sr kleiner dan de aftastvlek S, bijvoorbeeld 10 verhoogd wordt door de aftaststraling.

Geschikt als niet-lineaire lagen voor het vormen van een tijdelijk niet-lineair optisch effekt zijn verder nog de zogenaamde expansielagen. In de Europese octrooiaanvrage no. 0 136 070 is het gebruik van een dergelijke laag als inschrijfbare laag in een optische 15 registratiedrager beschreven. Daar is de expansielaag vast verbonden met een tweede laag, de zogenaamde retentielaag. Door bestraling met laserimpulsen, overeenkomstig de in te schrijven informatie, kunnen informatiegebiedjes in de vorm van oppervlakte-oneffenheden in de expansielaag ingeschreven worden,omdat deze laag een grote thermische 20 uitzettingskoèfficient heeft. Deze laag heeft verder een lage glas-overgangstemperatuur. De oneffenheden worden doorgegeven aan de retentielaag die een relatief lage uitzettinskoëfficient heeft en een glas-overgangstemperatuur die boven kamertemperatuur ligt. Nadat de laserimpuls verdwenen is blijven de oppervlakte oneffenheden bestaan 25 omdat de retentielaag verhindert dat de expansielaag zijn oorspronkelijke vorm weer inneemt.

Om superresolutie te verkrijgen kan alleen de expansielaag 32 in figuur 11, als niet-lineaire laag gebruikt worden. De energieverdeling binnen de aftastvlek S en de materiaalparameters van de 30 laag 32, met name de thermische uitzettingskoèfficient, zijn zodanig aan elkaar aangepast dat de oneffenheid 33 kleiner is dan de aftastvlek, zodat weer een diskriminatie binnen deze vlek optreedt en dus effektief een kleinere aftastvlek S' gevormd wordt.

De oneffenheid 33 zal niet onmiddellijk nadat de 35 stralingsvlek S de betreffende positie verlaten heeft verdwenen zijn maar, omdat warmte afgevoerd moet worden, geleidelijk in de tijd afnemen. Dat betekent dat in de registratiedrager een langwerpige .6801327 PHN 12.575 26 vervorming die naar achter toe kleiner wordt, over het oppervlak van de laag 32, met de aftastvlek meebeweegt, zoals in figuur 12 is geïllustreerd. Nu treedt slechts aan de voorkant, gezien in de bewegingsrichting VS^ van de aftastvlek een versmalling van deze vlek 5 en een vergroting van de steilheid van de flank op, vergelijk S en S' in figuur 12. De signaal-ruisverhouding van het superresolutiesignaal is derhalve kleiner dan bij gebruik van niet-lineaire optische materialen waarin het niet-lineaire effekt vrijwel gelijktijdig met de aftastvlek verdwijnt.

10 Het niet-lineaire optische effekt dat gerealiseerd wordt met behulp van de lagen 22, 30, 31 én 32 in de figuren 6, 7, 9, 10 en 11 kan versterkt worden door elk van deze lagen deel te laten uitmaken van een lagenpakket in de registratiedrager dat als resonantiestruktuur, of opslingerstruktuur, funktioneert. De andere lagen van het pakket kunnen 15 gevormd worden door reeds in de registratiedrager aanwezige lagen, zoals een informatielaag, een reflektielaag, scheidingslagen en dergelijke, alnaargelang de opbouw van de registratiedrager.

Het is echter ook mogelijk om een resonantielagenpakket als een geheel in de registratiedrager aan te brengen. In figuur 13 is 20 een voorbeeld van een dergelijk lagenpakket 24 getoond, dat als samengestelde reflekterende laag dienst doet. Het lagenpakket 24 bevat een sublaag 24m uit een niet-lineair optische materiaal. De lokale reflektiecoëfficient van het lagenpakket is relatief laag zolang deze niet getroffen wordt door straling op de betreffende positie. Valt en 25 een aftastvlek op deze positie, dan verandert de brekingsindex van de sublaag 24m waardoor de reflektie van de samengestelde laag 24, voornamelijk daar waar de aftastvlek een hoge energie heeft, dus in het centrum van de vlek, verhoogd wordt. Daardoor lijkt de gereflekteerde straling afkomstig van een stralingsvlek S' die aanzienlijk kleiner is 30 dan de aftastvlek S.

Het is ook mogelijk dat in het centrum van de aftastvlek de reflektie verminderd wordt waardoor de energie in het centrum S' kleiner is dan daar buiten. Zoals reeds opgemerkt is het voor de superresolutie slechts van belang dat er een diskontinulteit is in de 35 aftastvlek en niet zozeer wat de aard van de diskontinulteit is.

Een resonantielagenpakket kan ook aangebracht zijn vóór de informatiestruktuur, zoals in figuur 14 getoond is. Het .8801327 PHN 12.575 27 pakket 25 is nu zó uitgevormd dat bij voldoend hoge energie van de invallende straling de transmissie verhoogd, of verlaagd wordt door verandering van de brekingsindex van een of meer van de sublagen 251---25n.

5 Voor een doorzichtige laag vertoont de transmissie als funktie van de optische dikte n.d, waarin n de brekingsindex en de geometrische dikte voorstellen bijvoorbeeld een verloop zoals in figuur 15 is weergegeven. Om een optimaal gekombineerd niet-lineair en resonantie-effekt te verkrijgen moet er voor gezorgd worden dat zowel 10 voor de niet-lineaire laag als voor het pakket van lagen het produkt n.d., respektievelijk de som van de produkten En^d^ van alle lagen, zodanig is dat het daarmee overeenkomende werkpunt Wp op de kromme in figuur 15 daar gelegen is waar deze kromme een maximale helling heeft.

In de praktijk betekent dat n.d. ongelijk is aan N.^, waarin N 15 een geheel getal is, omdat voor Ν.·| de kromme extrema E zal vertonen. Voor een reflekterend lagenpakket heeft de reflektie als funktie van n.d., respektievelijk fn^d^ een gelijksoortig verloop als de transmissie van een doorzichtig lagenpakket en gelden gelijksoortig beschouwingen.

20 In de beschreven uitvoeringsvormen is de informatiestruktuur een fasestruktuur, die uitgelezen wordt op basis van het faseverschil dat door de informatiegebiedjes, die behalve uit kuiltjes ook uit heuveltjes op het informatie-oppervlak kunnen bestaan, in de uitleesbundel wordt geïntroduceerd. De informatiestruktuur kan 25 echter ook een amplitudestruktuur zijn die, evenals de fasestruktuur, zowel in reflektie als in transmissie kan worden uitgelezen. Daarbij hebben de informatiegebiedjes een andere reflektie- of transmissiecoëfficient dan hun omgeving.

In de beschreven registratiedragers is de 30 informatiestruktuur een permanente struktuur die alleen uitgelezen kan worden. De informatiegebiedjes zijn kleiner dan die van de bekende registratiedragers. Het vervaardigen van dergelijke registratiedragers is zeer wel aogelijk met bekende technieken. Weliswaar moet dan een stralingsbron, bijvoorbeeld een laser, met kortere golflengte worden 35 gebruikt en moet het inschrijfobjektief aan grotere numerieke apertuur hebben, maar dat is geen bezwaar omdat de informatie slechts éénmaal in een zogenaamde Masterplaat ingeschreven behoeft te worden. Het t 880 1327 PHN 12.575 28 bekende pers- of replikatechnieken kunnen van de Masterplaat een zeer groot aantal kopieëen vervaardigd worden. De inschrijfinrichting mag daarom duurder zijn en met een gaslaser met korte golflengte en een inschrijfobjektief met grote numerieke apertuur en kleine scherptediepte 5 uitgerust zijn. De uitvinding kan echter ook toegepast worden bij het inschrijven van de masterplaat om de sub-mikron informatiegebiedjes met eenvoudigere apparatuur te kunnen inschrijven of om met dezelfde apparatuur nog kleinere informatiegebiedjes te kunnen inschrijven.

In figuur 16 is een deel van een masterregistratiedrager 10 in tangentiele doorsnede weergegeven. Deze master bestaat in principe uit een substraat 40 en een stralingsgevoelige laag 41. Volgens de uitvinding is op de laag 41 een niet-lineaire optische laag, bijvoorbeeld een blekende laag 22 aangebracht. Een inschrijfbundel b' die in intensiteit gemoduleerd is overeenkomstig de in te schrijven 15 informatie en met, een niet weergegeven objektiefstelsel, tot een buigingsbegrensde stralingsvlek S wordt gefokusseerd verhoogt de transmissie van de laag 22 binnen een gebied kleiner dan de vlek S. Daardoor wordt de fotogevoelige laag belicht met een stralingsvlek S' die kleiner is dan S, en zijn ook de informatiegebiedjes overeenkomstig 20 kleiner. Nadat de gehele masterregistratiedrager door de inschrijfbundel afgetast is, wordt de laag 23 verwijderd en wordt door een bekend ontwikkel- en etsproces het belichtingspatroon omgezet in een reliefpatroon dat geschikt is voor replikatie.

Behalve in de in de figuren 6, 7, 9, 10, 11, 13 en 14 25 weergegeven uitvoeringsvormen die allen betrekking hebben op registratiedragers met een permanente informatiestruktuur kan de uitvinding ook toegepast worden in registratiedragers die door een gebruiker zelf ingeschreven kunnen worden. De inschrijfbare registratiedragers zijn bij voorkeur van fabriekswege al voorzien van 30 een servosporenstruktuur in de vorm van een spiraalvormig spoor of van een aantal koncentrische sporen. Deze sporen kunnen volkomen blanke sporen zijn. Bij het inschrijven van informatie kan de positie van de inschrijfvlek ten opzichte van de servosporen gedetekteerd en bijgeregeld worden, zodat deze vlek nauwkeurig de servosporen volgt. Dit 35 heeft het voordeel dat de inschrijf- uitleesinrichting van de gebruiker niet voorzien behoeft te worden van zeer nauwkeurige en dure mechanische positionerings- en geleidingsmechanisme. In de servosporen kan ook .8801327 * PHN 12.575 29 adresinformatie aangebracht zijn om het schrijven en lezen op willekeurige plaatsen op de registratiedrager mogelijk te maken. Indien de inschrijfbare registratiedragers bestemd zijn voor het opnemen van een gebruikersprogramma waarvan een deel voor alle gebruikers hetzelfde 5 is, kan dit deel, of de standaard-informatie, vóór ingeschreven zijn zodat een gebruiker het slechts behoeft aan te vullen met zijn eigen specifieke informatie.

De servosporenstruktuur, of algemeen: de vooraf aangebrachte permanente informatie, kan weer via een mastering- en 10 replikatieproces op een drager aangebracht worden die daarna voorzien wordt van een inschrijfbare laag. Daarbij kan de masterregistratiedrager weer voorzien zijn van een niet-lineaire optische laag, zoals een blekende laag, zoals aan de hand van figuur 16 beschreven is, zodat ook de servosporen smaller en de eventuele adres- en informatiegebiedjes 15 kleiner kunnen zijn dan tot nu toe gebruikelijk.

Een registratiedrager waarop een servosporenstruktuur is aangebracht wordt voorzien van een laag inschrijfbaar materiaal en, volgens de uitvinding, bovendien van een niet-lineaire laag. Figuur 17 toont een gedeelte van een dergelijke registratiedrager in radiêle 20 doorsnede. De servosporen zijn met 3' aangegeven en de tussensporen met 4. 42 is de inschrijfbare laag en 43 de niet-lineaire laag. Deze laag wordt niet alleen gebruikt om te kunnen uitlezen met superresolutie maar ook om bij het inschrijven informatiegebiedjes te kunnen vormen die aanzienlijk kleiner zijn dan de inschrijfvlek S. Deze 25 informatiegebiedjes kunnen in de servosporen 3' ingeschreven worden, zoals in figuur 17 is aangeduid, maar ook in de tussensporen 4.

Bovendien kunnen de servosporen zowel groeven in het substraatoppervlak de ribbels op dit oppervlak zijn.

De éénmaal inschrijfbare en niet-wisbare laag 42 kan 30 een ablatieve laag zijn, bijvoorbeeld een reflekterende laag waarin door een inschrijfbundel gaatjes gevormd kunnen worden die niet of minder reflekteren.

Een andere mogelijkheid is dat de laag 42 bestaat uit een fase-overgangsmateriaal waarin een inschrijfbundel lokaal een overgang 35 van de amorfe naar de kristallijne fase, om of omgekeerd, tot stand brengt, en daarmee een verandering van de brekingsindex (of reflektiecoëfficient) zodat de ingeschreven informatiegebiedjes zich .4801327 * PHN 12.575 30 van hun omgeving onderscheiden door een afwijkende transmissie of reflektie.

Het fase-overgangsmateriaal is ook geschikt voor het meerdere malen inschrijven en wissen van informatie. Dan wordt de 5 informatie ingeschreven met een stralingsbundel van hoge intensiteit gelezen met een stralingsbundel met lagere intensiteit dan die van de inschrijfbundel, terwijl er gewist wordt met een intensiteit gelegen tussen die van de inschrijfbundel en die van de leesbundel. De schrijf-lees- en wisfunkties kunnen in de praktijk vervuld worden door één 10 bundel die tussen drie verschillende intensiteitsniveaus geschakeld kan worden.

De uit een fase-overgangsmateriaal bestaande inschrijfbare informatielaag kan gekombineerd worden met een niet-lineaire laag die eveneens uit een fase-overgangsmateriaal bestaat. Het 15 is echter ook mogelijk dat de registratiedrager slechts één fase-overgangslaag bevat, waarbij de eigenschappen van deze laag gebruikt worden voor zowel het inschrijven van de informatie als voor het opwekken van een niet-lineair optische effekt tijdens het uitlezen.

In figuur 18 is een andere uitvoeringsvorm van een 20 meerdere malen schrijf- en wisbare registratiedrager weergegeven. De inschrijfbare laag 44 bestaat uit een dubbellaag van een expansielaag 45 en een retentielaag 46 waarin door een laserbundel met een eerste golflengte een informatiegebiedje, in de vorm van een oneffenheid 47, ingeschreven kan worden. De informatie kan worden gelezen, 25 respektievelijk gewist, met een bundel met een lage intensiteit en gewist met een bundel met een tweede golflengte.

Bij een geschikte keuzen van de parameters van de expansielaag kan deze laag behalve als informatielaag tevens dienst doen als laag voor het kreeëren van een niet-lineaire optisch effekt. Bij 30 het uitlezen van de informatiegebiedjes, in de vorm van oneffenheden in de expansielaag, wordt door de uitleesbundel een tijdelijke, kleine verandering in een dergelijke oneffenheid aangebracht die naderhand weer verdwijnt, zodat de oneffenheid zijn oorspronkelijke vorm weer herkrijgt en de informatie behouden blijft.

35 Het materiaal van de genoemde expansielaag, dat een rubberachtig materiaal is, kan behalve als inschrijfbaar en wisbaar materiaal ook gebruikt worden als materiaal voor de informatielaag in ,8801327 PHN 12.575 31 een registratiedrager met een permanent informatiestruktuur. Een eerste mogelijkheid daarbij is dat, zoals in figuur 19 is aangegeven, de informatie vastgelegd is in informatieputjes 5 welke putjes gevuld zijn met het bedoelde rubberachtige materiaal 48. Bij het uitlezen van deze 5 informatiestruktuur wordt het materiaal in de putjes tijdelijk vervormd (49) zodat weer een diskontinulteit binnen de stralingsvlek S gevormd wordt en een niet-lineair effekt optreedt.

Het is ook mogelijk dat een permanente informatiestruktuur in een rubberachtige laag aangebracht is, zoals in 10 figuur 20 is aangegeven. In deze figuur is de rubberachtige informatielaag met 50 aangeduid en de informatiegebiedjes met 5. Op de informatielaag kan een tweede rubberachtige laag 51 aangebracht zijn die gemakkelijk vervormt dan de laag 50. Bij het uitlezen van de informatie vervormt de uitleesstraling de laag 51 tijdelijk ter plaats (52) van de 15 aftastvlek S waardoor weer een niet-lineair optische effekt verkregen wordt.

Elk van de tot nu toe genoemde inschrijfbare informatielagen: de ablatieve laag, de fase-overgangslaag en de expansielaag, kan gekombineerd worden met elk van de genoemde niet-20 lineaire lagen: een laag met veranderende transmissie, een fase- overgangslaag of een expansielaag. De niet-lineaire lagen kunnen zowel voor als achter de informatielaag aangebracht zijn, en kunnen deel uitmaken van een lagenpakket in de registratiedrager dat een resonantiestruktuur vormt.

25 Een andere uitvoeringsvorm van een schrijf- en wisbare registratiedrager is de magneto-optische registratiedrager bestaande uit een substraat, een vooraf aangebrachte servosporenstruktuur en een magneto-optische laag. Een dergelijke registratiedrager en een inschrijf-en uitleesinrichting daarvoor, die beide beschreven zijn in: Philips' 30 Technical Review, Vol. 42, nr. 2, Aug. 1985, pagina's 37-47, zijn in figuur 18 schematisch weergegeven.

De servosporen van de registratiedrager 1 zijn weer met 3' aangegeven. 7 is het substraat en 55 de magneto-optische laag. Een stralingsbundel b afkomstig van een bron 10, bijvoorbeeld een 35 halfgeleider-diodelaser wordt door een kollimatorlens 12 in een evenwijdige bundel omgezet en door het objektiefstelsel 11 gefokusseerd tot een buigingsbegrensde aftastvlek S' in de magneto-optische laag .8801327 » PHN 12.575 32 55. Het aangestraalde gebied van deze laag bevindt zich in een magnetisch veld opgewekt door een magneetspoel 60. De magneto-optische laag is in een richting loodrecht op het registratiedrageroppervlak vóór-gemagnetiseerd.

5 Tijdens het schrijven wordt de stralingsbundel in intensiteit gemoduleerd overeenkomstig de in te schrijven informatie.

Bij bewegen van de registratiedrager en de stralingsvlek S' ten opzichte van elkaar wordt de magneto-optische laag op bepaalde posities zodanig opgewarmd dat de magnetiesatierichting omgekeerd wordt, in de 10 richting van het externe magneetveld, die tegengesteld is aan de richting van vóór-magnetisatie.

Bij het uitlezen van deze ingeschreven informatiegebiedjes in de vorm van magnetische domeinen wordt de registratiedrager belicht met een kontinue bundel, die een lagere 15 intensiteit heeft dan inschrijfbundel. De magnetische domeinen veroorzaken een kleine draaiing van de polarisatierichting van de uitleesbundel. Deze draaiing, + afhankelijk van het teken van de lokale magnetisatie, wordt de Kerr-draaiing genoemd. De door de registratiedrager gereflekteerde en in polarisatierichting gemoduleerde 20 bundel wordt, bijvoorbeeld door een bundeldelend prisma 51 naar de detektietak gericht. Deze tak bevat een λ/2-plaat 62 waarvan de hoofdas een hoek van 22,5° maakt met de oorspronkelijke polarisatierichting van deze bundel. Daardoor wordt het polarisatievlak over 45° gedraaid met een modulatie van + θ^. Een polarisatiegevoelige bundeldeler 63 25 splitst de bundel in twee onderling loodrecht gepolariseerde deelbundels die, via de lenzen 64 en 65 opgevangen worden door de detektoren 66 en 67. Daarbij worden de hoekmodulaties + omgezet in amplitude modulaties op de detektoren. Aangezien de fasen daarvan tegengesteld zijn,is het verschilsignaal een nauwkeurig uitleessignaal.

30 Het gedeelte van de door de registratiedrager gereflekteerde bundel dat door het prisma 61 wordt doorgelaten kan door een verdere bundeldeler 68, zoals een halfdoorlatende spiegel, naar een verdere detektietak 69 gericht worden, waarin spoorvolgfouten en fokusfouten gedetekteerd kunnen worden, zowel tijdens het inschrijven 35 als tijdens het uitlezen.

Om de registratiedrager te wissen wordt het externe magneetveld omgeschakeld, zodat het dezelfde richting krijgt als de .8801327 PHN 12.575 33 vóór-magnetisatie van de magneto-optische laag 55, en wordt de registratiedrager met een kontinue bundel belicht. Daardoor krijgen de ingeschreven domeinen weer de oorspronkelijke magnetisatierichting.

Voor nadere bijzonderheden van de registratiedrager en de 5 detektiemethoden en inrichtingen daarvoor wordt verwezen naar: "Philips Technical Review", Vol. 42, nr. 2, pagina's 37-47.

Volgens de uitvinding wordt met veel voordeel gebruik gemaakt van het feit dat voor bepaalde magneto-optische materialen, zoals een gadolinium terbium-ijzer-kobalt verbinding, de genoemde Kerr-10 draaiing sterk afhankelijk is van de temperatuur. Vanwege de energieverdeling binnen de buigingsbegrensde aftastvlek zal daardoor een gedeelte van de aftastvlek een andere Kerr-draaiing ondervinden dan de rest van de vlek. Zodat weer een diskriminatie binnen de aftastvlek tot stand wordt gebracht.

15 In plaats van op kerr-draaiing kan de magneto-optische uitlezing ook berusten op verandering van de ellipticiteit van de leesbundel-polarisatie. Ook deze verandering is voor bepaalde magneto-optische materialen temperatuursafhankelijk, zodat de uitvinding ook toegepast kan worden bij magneto-optische registratiedragers die 20 gebruikmaken van door de magnetische domeinen veroorzaakte veranderingen in de ellipticiteit van de polarisatie.

Door toepassing van de uitvinding kunnen magnetische domeinen uitgelezen worden die kleiner zijn dan tot nu toe gebruikelijk. Deze kleine magnetisch domeinen kunnen verkregen worden 25 door een speciale manier van uitschrijven die in figuur 22 geïllustreerd is. Verondersteld wordt dat het inschrijfvlak S zich met snelheid V naar rechts beweegt ten opzichte van het in te schrijven spoorgedeelte 3 van de registratiedrager, en dat op het tijdstip ïq het midden Sa van de vlek zich in het punt A bevindt. Het magneetveld 30 is dan bijvoorbeeld naar voren gericht, loodrecht op het vlak van tekening, en het gehele cirkelvormige oppervlak onder de vlek S wordt in die richting gemagnetiseerd. Nadat het middelpunt van de stralingsvlek zich naar B verplaatst heeft, wordt het magneetveld omgeschakeld. Dan krijgt het cirkelvormige gebied dat zich dan onder de vlek S bevindt een 35 tegengestelde magnetisatierichting. Daardoor wordt als het ware een gedeelte van het ingeschreven domein met middelpunt A weer gewist. Zodat het overblijvende domein slechts het gearceerde gebied D beslaat. De .8801327 * * PHN 12.575 34 lengte van dit domein wordt bepaald door V x t waarin t de tijdsduur is gedurende welke een magneetveld in een bepaalde richting aanwezig geweest is, De ingeschreven domeinen zijn dus aanzienlijk kleiner dan de diameter van de inschrijfvlek.

5 In een magneto-optisehe registratiedrager kan ook nog een van de andere hierboven genoemde niet-lineaire lagen aangebracht worden, zodat het niet-lineaire effekt van de magneto-optisehe laag versterkt wordt, waardoor zowel het inschrijven als het uitlezen van deze registratiedrager verbeterd wordt. In figuur 23 is een voorbeeld van een 10 dergelijke registratiedrager weergegeven. In deze figuur is 7 een doorzichtig substraat waarop en servosporenstruktuur, aangegeven door de sporen 3, in aangebracht. Deze struktuur wordt afgedekt door een diëlektrische laag 70 bijvoorbeeld het Alluminium-Nitride. Op deze laag bevindt zich de magneto-optisehe laag 55. De laag 55 wordt gevolgd 15 door een tweede diëlektrische laag 71, die bijvoorbeeld ook weer uit Alluminium-Nitride bestaat. Daarop bevindt zich een reflekterende niet-lineair optische laag, bijvoorbeeld een fase-overgangslaag 31,

Het is uiteraard ook mogelijk om, bijvoorbeeld in een magneto-optisehe registratiedrager waarin het magneto-optisehe materiaal 20 niet zo sterk temperatuursonafhankelijk is, gebruik te maken van alleen het niet-lineaire effekt van een extra laag, zoals de laag 31 in Figuur 23.

De signaal-ruisverhouding van het van een magneto-optisehe registratiedrager uitgelezen signaal kan vergroot worden door 25 de intensiteit van de uitleesbundel te verhogen. Een dergelijke intensiteitsverhoging is ook gunstig bij het inschrijven van de magnetische domeinen.

De registratiedragers volgens de uitvinding kunnen worden uitgelezen en ingeschreven met bekende aftastinrichtingen, waarin de 30 detektie-apertuur in principe gelijk is aan de apertuur van het objektief waarmee de aftastvlek gevormd wordt. Volgens een verder aspekt van de uitvinding is de detektie-apertuur aanzienlijk groter dan de apertuur van het objektief. Dan kan een optimaal gebruik van het superresolutie-effekt gemaakt worden, 35 Voor een inrichting die bestemd is voor het in doorzicht aftasten van een registratiedrager kan zonder probleem de detektie-apertuur vergroot worden, omdat het deel van het optische systeem dat .8801327 * PHN 12.575 35 zich achter de registratiedrager, aan de kant van de detektor bevindt, geen afbeeldingskwaliteit behoeft te hebben en slechts straling behoeft te verzamelen.

Bij het aftasten van een reflekterende registratiedrager 5 kan de gereflekteerde straling de detektor slechts bereiken via het objektief dat de buigingsbegrensde stralingsvlek moet vormen en dat een hoge optische kwaliteit moet hebben. Volgens de onderhavige uitvinding kan, zoals in figuur 24 is aangegeven, een groter objektief 75 gebruikt worden waarvan het centrale gedeelte 76 goed gekorrigeerd is en waarvan 10 het randgedeelte 77 een geringere kwaliteit heeft. Het extra randgedeelte 77 kan de straling die onder grotere hoeken afgebogen wordt, en waarin het niet-lineaire effekt sterk aanwezig is. Verzamelen de door de bron 10 geleverde en door de lens 12 gekollimeerde bundel b vult slechts centrale gedeelte 76 van het objektief 75, waardoor weer 15 een aftastvlek S met hoge kwaliteit op het informatievlak 2 gevormd wordt.

Het objektief 75 in figuur 24 kan een enkelvoudig asferisch lenselement zijn of een holografische lens of een lens met een radieêl verlopende brekingsindex.

20 Het is uiteraard ook mogelijk om rond een goed gekorrigeerd konventioneel objektief een extra, ringvormige lens, aan te brengen.

Het deel van de door de registratiedrager gereflekteerde straling dat door het centrale deel 76 van het objektief 75 treedt en 25 het deel van deze straling dat door het ringvormig deel 77 verzameld wordt, kunnen door één detektor 17 opgevangen worden.

Onder omstandigheden kan het voordelig zijn deze stralingsgedeelten apart te detekteren. Daartoe kan in de stralingsweg achter de eerste bundeldeler 16 een tweede bundeldeler 78 aangebracht 30 worden, bijvoorbeeld in de vorm van een plaat met een stralingsdoorlatend centraal gedeelte 79 in een reflekterend deel 80 daaromheen. Nu bereikt slechts de door het centrale gedeelte 76 van het objektief 75 tredende straling de oorspronkelijke detektor 17, terwijl de door het ringvormige lensgedeelte 77 tredende straling door een 35 aparte, bijvoorbeeld ringvormige detektor 81 gedetekteerd wordt. Deze inrichting biedt de mogelijkheid om in het geval het niet-lineaire effekt een fase introduceert die tegengesteld is aan die van het .8801327 PHN 12.575 36 lineaire effekt waardoor, zoals in figuur 2 getoond, dé modulatie-overdrachtsfunktie een lokaal minimum zou vertonen, daarvoor te kompenseren door de detektorsignalen van elkaar af te trekken in plaats van op te tellen. Bovendien kan dan het superresolutiesignaal 5 afzonderlijk gedetekteerd worden, én is de inrichting geschikt voor het aftasten van konventionele, lineaire, registratiedragers.

e 8801327

Claims (19)

1. Methode voor het optisch aftasten van een informatievlak met een aftastbundel die tot een aftastvlek op het informatievlak wordt gefokusseerd waarbij deze aftastvlek en de drager van het informatievlak ten opzichte van elkaar bewogen worden zodanig dat de aftastvlek het 5 informatievlak aftast, met het kenmerk, dat gebruik gemaakt wordt van een in principe buigingsbegrensde aftastvlek in kombinatie met een laag niet-lineair optisch materiaal waarin de straling van de aftastbundel een optisch effekt tot stand brengt, hetgeen een diskriminatie tot gevolg heeft binnen de aftastvlek, waardoor de effektieve aftastvlek 10 aanzienlijk kleiner is dan de oorspronkelijke aftastvlek.

2. Optische registratiedrager geschikt om afgetast te worden met de methode volgens conclusie 1, bevattende een informatievlak, gekenmerk door een laag niet-lineair optisch materiaal die gelegen is binnen de scherptediepte van het informatievlak.

3. Optische registratiedrager volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het informatievlak voorzien is van een permanente informatiestruktuur die wordt gevormd door volgens informatiesporen gerangschikte informatiegebiedjes die, in de spoorrichting, afwisselen met tussengebiedjes en zich optisch daarvan onderscheiden.

4. Optische registratiedrager volgens conclusie 2 en geschikt om uitgelezen en éénmaal ingeschreven te worden, met het kenmerk, dat het informatievlak voorzien is van een permanente servosporenstruktuur ten behoeve van de positionering van de aftastvlek in het informatievlak.

5. Optische registratiedrager volgens conclusie 2 en geschikt om uitgelezen en meerdere malen geschreven en gewist te worden, met het kenmerk, dat het informatievlak voorzien is van een permanente servorsporenstruktuur ten behoeve van de positionering van de aftastvlek in het informatievlak.

6. Registratiedrager volgens conclusie 2 bestemd als master voor het initieël, langs optische weg, inschrijven van een spoorvormige struktuur en bevattende een substraat en een .8801327 i ___ PHN 12.575 38 informatielaag, met het kenmerk, dat de informatielaag een informatievrije inschrijfbare laag is.

7. Registratiedrager volgens conclusie 2, 3, 4, 5 of 6, met het kenmerk, dat het niet-lineaire optische materiaal een materiaal is 5 waarvan de transmissie verandert bij veranderende intensiteit van de invallende straling.

8. Registratiedrager volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het materiaal met een onder invloed van de intensiteit veranderende transmissie een verzadigende kleurstof is.

9. Registratiedrager volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het materiaal met een onder invloed van de intensiteit veranderende transmissie een bistabiel optisch materiaal is.

10. Registratiedrager volgens conclusie 3, 4 of 5, met het kenmerk, dat het niet-lineaire optische materiaal en materiaal is 15 waarvan de brekingsindex verandert bij verandering van de intensiteit van de invallende straling.

11. Registratiedrager volgens conclusie 10, waarin het niet-lineaire optische materiaal een fase-overgangsmateriaal is, met het kenmerk, dat de laag niet-lineair optisch materiaal tevens de 20 informatielaag is.

12. Registratiedrager volgens conclusie 3, 4 of 5, met het kenmerk, dat het niet-lineaire optische materiaal een kunststof is die een relatief hoge thermische uitzettingskoëfficient heeft.

13. Registratiedrager volgens conclusie 5 met een 25 informatielaag bestaande uit een magneto-optisch materiaal waarin met behulp van een magneetveld en een stralingsbundel magnetische domeinen ingeschreven kunnen worden die op basis van polarisatieverandering van een aftastbundel kunnen worden uitgelezen, met het kenmerk, dat de niet-lineaire laag wordt gevormd door een magneto-optische informatielaag 30 waarvan de polarisatieverandering afhangt van de intensiteit van de invallende straling.

14. Registratiedrager volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat een laag niet-lineair optisch materiaal is aangebracht binnen de scherptediepte van de magneto-optische laag.

15. Registratiedrager volgens conclusie 7-14, met het kenmerk·, dat de niet-lineaire optische laag deel uitmaakt van een lagenpakket dat een resonantiestruktuur voor de aftaststraling vormt. ,8801327 PHN 12.575 39

16. Registratiedrager volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat een aantal extra lagen aanwezig zijn die samen met de niet-lineaire laag de resonantiestruktuur vormen.

17. Aftastinrichting geschikt voor het uitvoeren van de 5 methode volgens conclusie 1 en die voorzien is van een stralingsbron, een objektiefstelsel voor het fokusseren van een van de stralingsbron afkomstige stralingsbundel tot een buigingsbegrensde aftastvlek op het informatievlak van een registratiedrager en een stralingsgevoelige detektor voor het omzetten van straling afkomstig van het informatievlak 10 in een elektrisch signaal, met het kenmerk, dat de detektie-apertuur groter is dan de apertuur van de op de registratiedrager invallende bundel.

18. Aftastinrichting volgens conclusie 17, bestemd voor het aftasten van een reflekterende registratiedrager, met het kenmerk, dat 15 het objektiefstelsel bevat een rond centraal gedeelte dat voldoende gekorrigeerd is en een voldoende optische kwaliteit heeft voor het vormen van de buigingsbegrensde stralingsvlek en een daarop aansluitend ringvormig gedeelte dat van de registratiedrager afkomstige straling kan opvangen.

19. Aftastinrichting volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat een extra detektor aanwezig is voor het opvangen van het door het ringvormige lensgedeelte tredende straling. .8801327