DE602005003811T2

DE602005003811T2 - Scanning-einrichtung für einen optischen aufzeichnungsträger

Info

Publication number: DE602005003811T2
Application number: DE602005003811T
Authority: DE
Inventors: Teunis W. Tukker; Joris J. Vrehen
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2025-03-17
Also published as: WO2005093735A1; US20070206469A1; JP2007531189A; CN100592396C; CN1934632A; ES2299005T3; EP1730735B1; DE602005003811D1; ATE381097T1; US7701832B2; EP1730735A1; KR20070004745A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Abtasteinrichtung zum Abtasten optischer Aufzeichnungsträger, welche Informationsschichten bei unterschiedlichen Informationsschichttiefen aufweisen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Gebiet der Datenspeicherung unter Verwendung von optischen Aufzeichnungsträgern ist gegenwärtig ein Technologiebereich, auf dem intensiv geforscht wird. Viele Formate dieser optischen Aufzeichnungsträger existieren, einschließlich Compact Discs (CD), herkömmliche Digital Versatile Discs (DVD) und Blu-ray Discs (BD). Diese Formate stehen in unterschiedlichen Typen zur Verfügung, die nur-lesbare Versionen (CD-ROM/DVD-ROM/BD-ROM), beschreibbare Versionen (CD-R/DVD-R/BD-R), wiederbeschreibbare Versionen (CD-RW/DVD-RW/BD-RE) und Audio-Versionen (CD-A) beinhalten. Zum Abtasten der unterschiedlichen Formate von optischen Aufzeichnungsträgern ist es erforderlich, jeweils ein Strahlenbündel zu verwenden, das eine unterschiedliche Wellenlänge besitzt. Diese Wellenlänge beträgt etwa 780 nm zum Abtasten einer CD, etwa 650 nm zum Abtasten einer DVD und etwa 405 nm zum Abtasten einer BD.
Auf den verschiedenen Formaten optischer Platten können unterschiedliche maximale Datenmengen gespeichert werden. Diese maximale Menge hängt mit der Wellenlänge des Strahlenbündels, das zum Abtasten der Platte erforderlich ist, und einer numerischen Apertur (NA) der Objektivlinse zusammen. Das Abtasten kann das Lesen und/oder das Schreiben von Daten von der bzw. auf die Platte beinhalten.
Die Daten werden auf einer optischen Platte auf einer Informationsschicht gespeichert. Die Informationsschicht der Platte ist durch eine Deckschicht geschützt, die eine vorgegebene Dicke aufweist. Unterschiedliche Formate optischer Platten haben jeweils eine unterschiedliche Dicke der Deckschicht, wobei die Deckschichtdicke z. B. bei CD etwa 1,2 mm, bei DVD etwa 0,6 mm und bei BD etwa 0,1 mm beträgt. Beim Abtasten einer optischen Platte eines bestimmten Formats wird das Strahlenbündel auf einen Punkt auf der Informationsschicht fokussiert. Während das Strahlenbündel die Deckschicht der Platte passiert wird eine sphärische Aberration in das Strahlenbündel eingeführt. Ein Betrag der eingeführten sphärischen Aberration hängt von der Dicke der Deckschicht und der Wellenlänge des Strahlenbündels ab. Vor dem Erreichen der Deckschicht der Platte muss das Strahlenbündel bereits eine bestimmte sphärische Aberration besitzen, sodass das Strahlenbündel in Kombination mit der durch die Deckschicht eingeführten sphärischen Aberration korrekt auf die Informationsschicht der Platte fokussiert werden kann. Zum Abtasten unterschiedlicher Platten mit unterschiedlichen Deckschichtdicken muss das Strahlenbündel vor dem Erreichen der Deckschicht jeweils eine andere sphärische Aberration besitzen. Dies gewährleistet eine korrekte Fokussierung des Strahlenbündels auf der Informationsschicht.
Es ist wünschenswert, eine optische Einrichtung zu haben, die viele unterschiedliche Formate von Platten wie z. B. CD, DVD und BD abtasten kann. Solche Einrichtungen haben häufig einen verhältnismäßig schwierigen Aufbau. Dies liegt teilweise daran, dass unterschiedliche Deckschichtdicken eine unterschiedliche sphärische Aberration des zugehörigen Strahlenbündels vor dem Erreichen der Informationsschicht erforderlich machen. Solche Abtasteinrichtungen für mehrere Plattenformate enthalten häufig eine Anordnung aus vielen unterschiedlichen optischen Elementen, die jeweils einzeln speziell für das Abtasten lediglich einer optischen Platte zuständig sind. Dies bewirkt, dass solche Einrichtungen verhältnismäßig komplex und demzufolge umfangreich und teuer sind.
Die internationale Patentanmeldung WO 03/060891 beschreibt eine optische Abtasteinrichtung zum Abtasten einer Informationsschicht von drei unterschiedlichen optischen Aufzeichnungsträgern unter Verwendung von jeweils drei unterschiedlichen Strahlenbündeln. Jedes Strahlenbündel besitzt eine Polarisation und eine unterschiedliche Wellenlänge. Die Einrichtung umfasst eine Objektivlinse mit einem Beugungsabschnitt, der doppelbrechendes Material umfasst. Der Beugungsabschnitt beugt die Strahlenbündel, sodass der Strahl mit der kürzesten Wellenlänge eine eingeführte Modulo-2π-Phasenänderung von im Wesentlichen null für die kürzeste Wellenlänge besitzt. Der Beugungsabschnitt beugt mindestens eines der anderen Strahlenbündel in eine positive erste Ordnung.
Die internationale Patentanmeldung WO 03/060892 beschreibt eine optische Abtasteinrichtung zum Abtasten einer Informationsschicht von drei unterschiedlichen optischen Aufzeichnungsträgern unter Verwendung von jeweils drei unterschiedlichen Strahlenbündeln. Jedes Strahlenbündel besitzt eine Polarisation und eine unterschiedliche Wellenlänge. Die Einrichtung umfasst eine Objektivlinse und eine Phasenstruktur zum Ausglei chen einer Wellenfrontaberration von einem oder zwei der Strahlenbündel. Die Phasenstruktur umfasst doppelbrechendes Material und besitzt ein nichtperiodisches stufenförmiges Profil.
Das US-Patent US 6687037 beschreibt eine optische Abtasteinrichtung zum Abtasten optischer Aufzeichnungsträger mit Strahlenbündeln mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen. Die Einrichtung umfasst eine Objektivlinse und ein Beugungselement mit einem stufenförmigen Profil, das näherungsweise ein Beugungsgitter mit bevorzugter Reflexionsrichtung („Blazegitter") darstellt. Das Beugungselement wählt eine nullte Beugungsordnung für das Strahlenbündel mit der kürzesten Wellenlänge und eine erste Ordnung für das andere Strahlenbündel aus.
Die internationale Patentanmeldung WO 02/41307 beschreibt ein Linsensystem zur Verwendung in einer optischen Abtasteinrichtung. In diesem System wird ein Strahlenbündel verwendet, um eine Informationsschicht eines optischen Aufzeichnungsträgers abzutasten. Eine Linse des Systems besitzt sowohl ein Beugungsgitter als auch eine Phasenstruktur mit einem nichtperiodischen stufenförmigen Profil. Diese Linse verringert die Empfindlichkeit des Linsensystems auf Änderungen der Wellenlänge des Strahlenbündels und auf Änderungen der Umgebungstemperatur.
Das Dokument US-A-2004/0047269 , das für die Abgrenzung in zweiteiliger Form verwendet wird, beschreibt eine optische Abtasteinrichtung zum Abtasten einer Informationsschicht von drei unterschiedlichen optischen Aufzeichnungsträgern unter Verwendung von jeweils drei unterschiedlichen Strahlenbündeln. Die Strahlenbündel werden durch eine Einrichtung mit optischem Beugungsgitter in der Weise verarbeitet, dass Komponenten mit positiver und nullter Beugungsordnung der unterschiedlichen Strahlenbündel zum Abnehmen verwendet werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine effiziente optische Abtasteinrichtung zum Abtasten optischer Aufzeichnungsträger, die mindestens drei unterschiedliche Informationsschichttiefen aufweisen, mit Strahlenbündeln unterschiedlicher Wellenlängen zu schaffen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine optische Abtasteinrichtung zum Abtasten optischer Aufzeichnungsträger geschaffen, welche Informationsschichten bei unterschiedlichen Informationsschichttiefen in dem Träger aufweisen, wobei die optischen Aufzeichnungsträger einen ersten optischen Aufzeichnungsträger mit einer Informationsschicht bei einer ersten Informationsschichttiefe d₁, einen zweiten optischen Aufzeichnungsträger mit einer Informationsschicht bei einer zweiten Informationsschichttiefe d₂ und einen dritten optischen Aufzeichnungsträger mit einer Informationsschicht bei einer dritten Informationsschichttiefe d₃ enthalten, wobei d₃ < d₂ < d₁ ist,
wobei die Abtasteinrichtung ein Strahlungsquellensystem zum Erzeugen eines ersten, zweiten und dritten Strahlenbündels zum Abtasten des ersten, zweiten bzw. dritten Aufzeichnungsträgers enthält, wobei die Einrichtung eine Beugungsstruktur enthält, die eine erste, zweite und dritte unterschiedliche Wellenfrontmodifikation in zumindest einen Teil des ersten, zweiten bzw. dritten Strahlenbündels einführt,
wobei die Beugungsstruktur so eingerichtet ist, dass sie bei ausgewählten Beugungsordnungen m₁, m₂, m₃ für das erste, zweite bzw. dritte Strahlenbündel wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Beugungsstruktur so eingerichtet ist, dass die folgende Relation gilt:
und dass die Beugungskomponente der ersten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente positiver Ordnung ist und die Beugungskomponente der dritten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente negativer Ordnung ist.
Durch Anordnen der Beugungsstruktur gemäß der oben genannten Relation wird eine optische Abtasteinrichtung geschaffen, die die Informationsschicht des ersten, zweiten und dritten optischen Aufzeichnungsträgers mit Strahlenbündeln mit unterschiedlichen Wellenlängen effektiv abtasten kann.
Im Unterschied zu optischen Abtasteinrichtungen des Standes der Technik zum Abtasten von drei unterschiedlichen Formaten optischer Platten muss die Beugungsstruktur der vorliegenden Erfindung nicht aus einem doppelbrechenden Material hergestellt sein. Dies gewährleistet eine relative Einfachheit und verhältnismäßig geringe Herstellungskosten der optischen Abtasteinrichtung.
Es besteht keine Notwendigkeit, dass ein oder mehrere der Strahlenbündel eine im Voraus definierte Polarisation aufweisen müssen. Dies trägt zur Einfachheit und den verhältnismäßig geringen Herstellungskosten bei. Des Weiteren kann bei der optischen Abtasteinrichtung, bei der keine Polarisation der Strahlenbündel erforderlich ist, um die unterschiedlichen optischen Aufzeichnungsträger abzutasten, eine Polarisation der Strahlenbündel in einem anderen Merkmal der optischen Abtasteinrichtung verwendet werden. Die optische Abtasteinrichtung verfügt deswegen über einen zusätzlichen Grad der Entwurfsfreiheit.
Die optische Abtasteinrichtung umfasst vorzugsweise eine Anpassungsstruktur, die so eingerichtet ist, dass sie eine Nichtbeugungs-Anpassungskomponente in jedes Strahlenbündel einführt, wobei die Nichtbeugungs-Anpassungskomponente dafür eingerichtet ist, um sphärische Aberration zumindest teilweise zu kompensieren.
Die optische Abtasteinrichtung besitzt vorzugsweise eine optische Achse und umfasst eine nichtperiodische Phasenstruktur, die so eingerichtet ist, dass sie eine nichtperiodische Phasenkomponente in jedes Strahlenbündel einführt, wobei die nichtperiodische Phasenstruktur eine Vielzahl von radialen Zonen umfasst, die konzentrisch um die optische Achse angeordnet sind und ein nichtperiodisches Profil aufweisen.
Durch die nichtperiodische Phasenstruktur, die so eingerichtet ist, dass sie die nichtperiodische Phasenkomponente in jedes Strahlenbündel anstelle von lediglich bestimmten Strahlenbündeln einführt, wird der Aufbau der optischen Abtasteinrichtung weiter vereinfacht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optisches System zum Einführen erster, zweiter und dritter unterschiedlicher Wellenfrontmodifikationen in zumindest einen Teil des ersten, zweiten bzw. dritten Strahlenbündels geschaffen,
wobei jedes Strahlenbündel eine unterschiedliche vorgegebene Wellenlänge hat, wobei die Wellenlänge des dritten Strahlenbündels kleiner ist als die Wellenlänge sowohl des ersten als auch des zweiten Strahlenbündels,
wobei das optische System eine Beugungsstruktur mit einem Profil umfasst, das sich in Stufen ändert, die so eingerichtet sind, dass sie ausgewählte Beugungskomponenten in den Wellenfrontmodifikationen bereitstellen, wobei die ausgewählte Beugungskomponente der ersten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente einer von null verschiedenen Ordnung ist;
dadurch gekennzeichnet, dass:

i) die Beugungsstruktur so eingerichtet ist, dass die ausgewählte Beugungskomponente der dritten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente einer von null verschiedenen Ordnung ist; und dass
ii) die Stufen des Profils der Beugungsstruktur so eingerichtet sind, dass sie in das zweite Strahlenbündel Phasenänderungen einführen, wobei jede Phasenänderung, Modulo 2π, im Wesentlichen gleich jeder anderen Phasenänderung ist,
iii) und die Beugungskomponente der ersten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente positiver Ordnung ist und die Beugungskomponente der dritten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente negativer Ordnung ist.

Für das zweite Strahlenbündel kann ein mittlerer Wert der Phasenänderung, Modulo 2π, bestimmt werden, indem ein Mittelwert der Phasenänderungen über alle Stufen der Beugungsstruktur verwendet wird. Eine Differenz zwischen jeder Phasenänderung und dem mittleren Wert der Phasenänderung, Modulo 2π, ist im Wesentlichen null. Es sollte klar sein, dass der Wert jeder Differenz vorzugsweise ein Wert kleiner als 0,2(2π) ist, wobei ein Wert der Differenz kleiner als 0,1(2π) stärker bevorzugt ist und der Wert der Differenz kleiner als 0,05(2π) noch stärker bevorzugt ist. Auf diese Weise ist die Beugungsstruktur so eingerichtet, dass die Beugungsstruktur für das zweite Strahlenbündel im Wesentlichen "unsichtbar" ist.
In bekannten optischen Systemen, die für eine Verwendung mit mehreren Strahlenbündeln mit unterschiedlichen Wellenlängen ausgebildet sind, indem eine Beugungsstruktur mit einem stufenförmigen Profil verwendet wird, ist das optische System typischerweise dafür vorgesehen, dass es für das Strahlenbündel mit der kürzesten Wellenlänge optimiert ist und dass die Beugungsstruktur für das Strahlenbündel mit der kürzesten Wellenlänge im Wesentlichen "unsichtbar" ist, da bei dieser Wellenlänge die engsten Toleranzen gelten. In der vorliegenden Erfindung ist dies jedoch nicht der Fall, wobei in Ausführungsformen der Erfindung trotzdem eine effektive Beugungsstruktur, die einen verhältnismäßig einfachen Aufbau hat und deswegen verhältnismäßig einfach hergestellt werden kann, vorgesehen ist. Das schafft eine verhältnismäßig effiziente und trotzdem verhältnismäßig kostengünstige optische Abtasteinrichtung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optisches System zum Einführen erster, zweiter und dritter unterschiedlicher Wellenfrontmodifikationen in zumindest einen Teil des ersten, zweiten bzw. dritten Strahlenbündels geschaffen,
wobei jedes Strahlenbündel eine unterschiedliche vorgegebene Wellenlänge hat, wobei die Wellenlänge des dritten Strahlenbündels kleiner ist als die Wellenlänge sowohl des ersten als auch des zweiten Strahlenbündels,
wobei das optische System eine Beugungsstruktur mit einem Profil umfasst, dass sich in Stufen ändert, die so eingerichtet sind, dass sie ausgewählte Beugungskomponenten in den Wellenfrontmodifikationen schaffen, wobei die ausgewählte Beugungskomponente der ersten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente einer von null verschiedenen Ordnung ist,
dadurch gekennzeichnet, dass:

i) die Beugungsstruktur so eingerichtet ist, dass die ausgewählte Beugungskomponente der dritten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente einer von null verschiedenen Ordnung ist; und dass
ii) die Stufen des Profils der Beugungsstruktur so eingerichtet sind, dass die ausgewählte Beugungskomponente der zweiten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente nullter Ordnung ist,
iii) und die Beugungskomponente der ersten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente positiver Ordnung ist und die Beugungskomponente der dritten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente negativer Ordnung ist.

In bekannten optischen Systemen, die für eine Verwendung mit mehreren Strahlenbündeln mit unterschiedlichen Wellenlängen ausgebildet sind, indem eine Beugungsstruktur mit einem stufenförmigen Profil verwendet wird, ist das optische System typischerweise dafür vorgesehen, dass es für das Strahlenbündel mit der kürzesten Wellenlänge optimiert ist und dass die Beugungsstruktur für das Strahlenbündel mit der kürzesten Wellenlänge im Wesentlichen "unsichtbar" ist und dass daher für die kürzeste Wellenlänge eine Beugungskomponente nullter Ordnung verwendet wird, da bei dieser Wellenlänge die engsten Toleranzen gelten. In der vorliegenden Erfindung ist dies jedoch nicht der Fall, wobei in Ausführungsformen der Erfindung trotzdem eine effektive Beugungsstruktur, die einen verhältnismäßig einfachen Aufbau hat und deswegen verhältnismäßig einfach hergestellt werden kann, vorgesehen ist. Das schafft eine verhältnismäßig effiziente und trotzdem verhältnismäßig kostengünstige optische Abtasteinrichtung.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung deutlich, die lediglich beispielhaft und in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt schematisch eine optische Abtasteinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 zeigt schematisch ein optisches System der optischen Abtasteinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
3 zeigt schematisch eine Anpassungsstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
4 zeigt schematisch eine Beugungsstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
5 zeigt eine grafische Darstellung einer Phasenfunktion der Beugungsstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
6 zeigt schematisch eine Phasenverzögerung, die durch die Beugungsstruktur für unterschiedliche Strahlenbündel bereitgestellt wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
die 7, 8 und 9 zeigen jeweils eine Wellenfrontaberration für einen Teil eines anderen Strahlenbündels, die durch Strukturen des optischen Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird,
10 zeigt schematisch ein Profil einer Anpassungsstruktur, kombiniert mit einer nichtperiodischen Phasenstruktur, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
11 zeigt schematisch ein Profil der Anpassungsstruktur, kombiniert mit der nichtperiodischen Phasenstruktur, die mit einer Beugungsstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kombiniert ist,
die 12, 13 und 14 zeigen jeweils eine Wellenfrontaberration für einen Teil eines anderen Strahlenbündels, die durch Strukturen des optischen Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird,
die 15, 16 und 17 zeigen jeweils eine Wellenfrontaberration eines anderen Strahlenbündels, die durch Elemente des optischen Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt schematisch eine optische Abtasteinrichtung zum Abtasten eines ersten, zweiten und dritten optischen Aufzeichnungsträgers mit einem ersten, zweiten bzw. dritten unterschiedlichen Strahlenbündel. Der erste optische Aufzeichnungsträger 3' ist dargestellt und weist eine erste Informationsschicht 2' auf, die mittels des ersten Strahlenbündels 4' abgetastet wird. Der erste optische Aufzeichnungsträger 3' enthält eine Deckschicht 5', auf deren einer Seite die erste Informationsschicht 2' angeordnet ist. Die Seite der Informationsschicht, die der Deckschicht 5' abgewandt ist, ist durch eine Schutzschicht 6' vor Umgebungseinflüssen geschützt. Die Deckschicht 5' fungiert als ein Substrat für den ersten optischen Aufzeichnungsträger 3', indem sie eine mechanische Grundlage für die erste Informationsschicht 2' bildet. Die Deckschicht 5' kann alternativ die einzige Funktion des Schützens der ersten Informationsschicht 2' haben, während die mechanische Grundlage durch eine Schicht auf der anderen Seite der ersten Informationsschicht 2', z. B. durch die Schutzschicht 6' oder eine zusätzliche Informationsschicht und eine Deckschicht, die mit der obersten Informationsschicht verbunden ist, gebildet wird. Die erste Informationsschicht 2' besitzt eine erste Informationsschichttiefe d₁, die der Dicke der Deckschicht 5' entspricht. Der zweite und der dritte optische Aufzeichnungsträger 3'', 3''' besitzen eine zweite und eine dritte unterschiedliche Informationsschichttiefe d₂ bzw. d₃, die jeweils der Dicke der Deckschicht 5'', 5''' des zweiten bzw. des dritten optischen Aufzeichnungsträgers 3'', 3''' entsprechen. Die dritte Informationsschichttiefe d₃ ist kleiner als die zweite Informationsschichttiefe d₂, die wiederum kleiner als die erste Informationsschichttiefe d₁ ist, d. h. d₃ < d₂ < d₁. Die erste Informationsschicht 2' ist eine Oberfläche des ersten optischen Aufzeichnungsträgers 3'. Ebenso sind die zweite und die dritte Informationsschicht 2'', 2''' Oberflächen des zweiten und des dritten optischen Aufzeichnungsträgers 3'', 3'''. Diese Oberfläche enthält mindestens eine Spur, d. h. einen Weg, der durch den Lichtpunkt einer fokussierten Strahlung verfolgt werden soll, wobei auf diesem Weg optisch lesbare Markierungen angeordnet sind, die Informationen darstellen. Die Markierungen können z. B. die Form von Vertiefungen (Pits) oder Flächen mit einem Reflexionskoeffizienten oder einer Magnetisierungsrichtung, der bzw. die sich von der Umgebung unterscheidet, haben. Wenn der erste optische Aufzeichnungsträger 3' die Form einer Platte hat, ist in Bezug auf eine vorhandene Spur Folgendes definiert: die "radiale Richtung" ist die Richtung einer Referenzachse, der X-Achse, zwischen der Spur und dem Zentrum der Platte und die "tangentiale Richtung" ist die Richtung einer weiteren Achse, der Y-Achse, die tangential zur Spur und senkrecht zur X-Achse verläuft. In dieser Ausführungsform ist der erste optische Aufzeichnungsträger 3' eine Compact Disc (CD) und die erste Informationsschichttiefe d₁ beträgt etwa 1,2 mm, der zweite optische Aufzeichnungsträger 3'' ist eine herkömmliche Digi tal Versstile Disc (DVD) und die zweite Informationsschichttiefe d₂ beträgt etwa 0,6 mm, und der dritte optische Aufzeichnungsträger 3''' ist eine blu-ray^TM-Disc (BD) und die dritte Informationsschichttiefe d₃ beträgt etwa 0,1 mm.
Wie in 1 gezeigt, hat die optische Abtasteinrichtung 1 eine optische Achse OA und enthält ein Strahlungsquellensystem 7, eine Kollimatorlinse 18, einen Strahlteiler 9, ein optisches System 8 und ein Detektionssystem 10. Die optische Abtasteinrichtung 1 enthält des Weiteren eine Servoschaltung 11, einen Brennpunktaktuator 12, einen Radialaktuator 13 und eine Informationsverarbeitungseinheit 14 zur Fehlerkorrektur.
Das Strahlungsquellensystem 7 ist so eingerichtet, dass es das erste Strahlenbündel 4', das zweite Strahlenbündel 4'' und/oder das dritte unterschiedliche Strahlenbündel 4''' (in 1 nicht gezeigt) nacheinander oder gleichzeitig erzeugt. Die Strahlungsquelle 7 kann z. B. entweder einen abstimmbaren Halbleiterlaser umfassen, um nacheinander die Strahlenbündel 4', 4'', 4''' bereitzustellen, oder drei Halbleiterlaser, um diese Strahlenbündel gleichzeitig oder nacheinander bereitzustellen. Das erste Strahlenbündel 4' hat eine erste vorgegebene Wellenlänge λ₁, das zweite Strahlenbündel 4'' hat eine zweite, unterschiedliche vorgegebene Wellenlänge λ₂ und das dritte Strahlenbündel 4''' hat eine dritte, unterschiedliche vorgegebene Wellenlänge λ₃. In dieser Ausführungsform ist die dritte Wellenlänge λ₃ kürzer als die zweite Wellenlänge λ₂. Die zweite Wellenlänge λ₂ ist kürzer als die erste Wellenlänge λ₁. In dieser Ausführungsform liegen die erste, zweite und dritte Wellenlänge λ₁, λ₂ bzw. λ₃ in den Bereichen von etwa 770 bis 810 nm für λ₁, 640 bis 680 nm für λ₂, 400 bis 420 nm für λ₃ und betragen vorzugsweise etwa 785 nm, 650 nm bzw. 405 nm. Das erste, zweite und dritte Strahlenbündel haben eine numerische Apertur (NA) von etwa 0,5, 0,65 bzw. 0,85.
Die Kollimatorlinse 18 ist auf der optischen Achse OA angeordnet, um das erste Strahlenbündel 4' in ein erstes, im Wesentlichen kollimiertes Strahlenbündel 20' umzuwandeln. Sie wandelt ebenso das zweite und das dritte Strahlenbündel 4'', 4''' in ein zweites, im Wesentlichen kollimiertes Strahlenbündel 20'' und in ein drittes, im Wesentlichen kollimiertes Strahlenbündel 20''' um (in 1 nicht dargestellt).
Der Strahlteiler 9 ist so eingerichtet, dass er das erste, zweite und dritte kollimierte Strahlenbündel 20', 20'', 20''' zum optischen System 8 durchlässt. Der Strahlteiler 9 ist vorzugsweise mit einer planparallelen Platte gebildet, die unter einem Winkel α, der vorzugsweise α = 45° beträgt, in Bezug auf die optische Achse OA geneigt ist.
Das optische System 8 ist so eingerichtet, dass es das erste, zweite und dritte kollimierte Strahlenbündel 20', 20'', 20''' auf einen gewünschten Brennpunkt auf dem ersten, zweiten bzw. dritten optischen Aufzeichnungsträger 3', 3'' bzw. 3''' fokussiert. Der gewünschte Brennpunkt für das erste, zweite und dritte Strahlenbündel 20', 20'', 20''' ist ein erster, zweiter bzw. dritter Abtastpunkt 16', 16'' bzw. 16'''. Jeder Abtastpunkt entspricht einer Position auf der Informationsschicht 2', 2'', 2''' des entsprechenden optischen Aufzeichnungsträgers. Jeder Abtastpunkt ist vorzugsweise im Wesentlichen durch Beugung begrenzt und hat eine Wellenfrontaberration, die kleiner als 70 mλ ist.
Während des Abtastens dreht sich der erste optische Aufzeichnungsträger 3' auf einer Spindel (in 1 nicht dargestellt) und die erste Informationsschicht 2' wird dabei durch die Deckschicht 5' hindurch abgetastet. Das fokussierte erste Strahlenbündel 20' wird an der ersten Informationsschicht 2' reflektiert, wodurch ein reflektiertes erstes Strahlenbündel gebildet wird, das entlang des Strahlengangs des vorwärts gerichteten konvergierenden fokussierten ersten Strahlenbündels, das vom optischen System 8 bereitgestellt wird, zurückkehrt. Das optische System 8 wandelt das reflektierte erste Strahlenbündel in ein reflektiertes kollimiertes erstes Strahlenbündel 22' um. Der Strahlteiler 9 trennt das vorwärts gerichtete erste Strahlenbündel 20' vom reflektierten ersten Strahlenbündel 22', indem er zumindest einen Teil des reflektierten ersten Strahlenbündels 22' zum Detektionssystem 10 durchlässt.
Das Detektionssystem 10 enthält eine konvergierende Linse 25 und einen Quadrantendetektor 23, die so eingerichtet sind, dass sie den Teil des reflektierten ersten Strahlenbündels 22' erfassen und ihn in ein oder mehrere elektrische Signale umwandeln. Eines der Signale ist ein Informationssignal I_data, dessen Wert die Informationen darstellt, die an der Informationsschicht 2' abgetastet werden. Das Informationssignal I_data wird durch die Informationsverarbeitungseinheit 14 zur Fehlerkorrektur verarbeitet. Weitere Signale vom Detektionssystem 10 sind ein Brennpunktfehlersignal I_focus und ein Radialspurhaltungsfehlersignal I_radial. Das Signal I_focus stellt die axiale Höhendifferenz entlang der optischen Achse OA zwischen dem ersten Abtastpunkt 16' und der Position der ersten Informationsschicht 2' dar. Dieses Signal wird vorzugsweise durch das „Astigmatismus-Verfahren" gebildet, das u. a. aus dem Buch von G. Bouwhuis, J. Braat, A. Huijser et al. mit dem Titel „Principles of Optical Disc Systems", S. 75–80 (Adam Hilger 1985)(ISBN 0-85274-785-3) bekannt ist. Eine Einrichtung zum Erzeugen eines Astigmatismus gemäß diesem Fokussierungsverfahren ist nicht dargestellt. Das Radialspurhaltungsfehlersignal I_radial stellt den Ab stand in der XY-Ebene der ersten Informationsschicht 2' zwischen dem ersten Abtastpunkt 16' und der Mitte einer Spur in der Informationsschicht 2' dar, die vom ersten Abtastpunkt 16' verfolgt werden soll. Dieses Signal wird vorzugsweise durch das „radiale Gegentaktverfahren" gebildet, das u. a. aus dem Buch von G. Bouwhuis, S. 70–73 bekannt ist.
Die Servoschaltung 11 ist so eingerichtet, dass sie in Reaktion auf die Signale I_focus und I_radial Servosteuersignale I_control zum Steuern des Brennpunktaktuators 12 bzw. des Radialaktuators 13 bereitstellt. Der Brennpunktaktuator 12 steuert die Position einer Linse des optischen Systems 8 entlang der optischen Achse OA, wodurch die Position des ersten Abtastpunkts 16' in der Weise gesteuert wird, dass sie im Wesentlichen mit der Ebene der ersten Informationsschicht 2' übereinstimmt. Der Radialaktuator 13 steuert die Position der Linse des optischen Systems 8 entlang der X-Achse, wodurch die radiale Position des ersten Abtastpunkts 16' in der Weise gesteuert wird, dass sie im Wesentlichen mit der Mittellinie der Spur, die in der ersten Informationsschicht 2' verfolgt werden soll, übereinstimmt.
2 zeigt schematisch das optische System 8 der optischen Abtasteinrichtung. Das optische System 8 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eingerichtet, um eine erste, zweite und dritte unterschiedliche Wellenfrontmodifikation WM₁, WM₂, WM₃ in zumindest einen Teil des ersten, zweiten bzw. dritten Strahlenbündels 20', 20'' bzw. 20''' einzuführen. Jede der Wellenfrontmodifikationen WM₁, WM₂, WM₃ umfasst eine Beugungskomponente und Wellenfrontmodifikationskomponenten aus mindestens einer Nichtbeugungs-Anpassungskomponente, einer Komponente mit nichtperiodischer Phase und einer zweiten Komponente mit nichtperiodischer Phase.
Das optische System 8 enthält eine Kompatibilitätsplatte 30, die in diesem Beispiel vorzugsweise aus COC, einem zyklischen Olefin-Copolymer, gebildet ist, und eine Linse 32, die beide auf der optischen Achse OA angeordnet sind. Die Linse 32 ist eine Objektivlinse und weist eine asphärische Fläche auf, die in eine dem optischen Aufzeichnungsträger abgewandte Richtung weist. Die Linse 32 ist in diesem Beispiel aus Glas gebildet. Die Linse 32 ist bei einem Betrieb ohne die Kompatibilitätsplatte 30 eingerichtet, um ein kollimiertes Strahlenbündel, das näherungsweise die dritte Wellenlänge λ₃ und eine numerische Apertur (NA) von etwa 0,85 besitzt, durch eine Deckschicht, die die dritte Informationsschichttiefe d₃ von etwa 0,1 mm aufweist, auf den dritten Abtastpunkt 16''' zu fokussieren.
3 zeigt schematisch die Kompatibilitätsplatte 30, die eine erste NA 34, eine zweite NA 36 und eine dritte unterschiedliche NA 38 besitzt. Die erste, zweite und dritte NA 34, 36, 38 betragen etwa 0,5, 0,65 bzw. 0,85 und entsprechen der NA des ersten, zweiten und dritten Strahlenbündels 4', 4'', 4'''. Die erste, zweite und dritte NA 34, 36, 38 besitzen jeweils eine radiale Ausdehnung von der optischen Achse OA, die etwa 1,18 mm, 1,5 mm bzw. 2,0 mm beträgt. Die Kompatibilitätsplatte 30 hat eine ebene Fläche, die in eine dem optischen Aufzeichnungsträger zugewandte Richtung entlang der optischen Achse OA weist. An einer der ebenen Fläche gegenüberliegenden Seite, die in eine dem optischen Aufzeichnungsträger abgewandte Richtung entlang der optischen Achse OA weist, enthält die Kompatibilitätsplatte 30 eine Anpassungsstruktur 40. Ein ringförmiger Bereich 42 liegt zwischen der dritten NA 38 und der zweiten NA 36 und ist eben. Die Anpassungsstruktur 40 hat die zweite NA 36 und liegt in Bezug auf den ringförmigen Bereich 42 auf einer anderen Ebene der Kompatibilitätsplatte 30. An einer Grenze zwischen dem ringförmigen Bereich 42 und der Anpassungsstruktur 40 befindet sich eine Wand 44. Innerhalb eines Bereichs, der durch die Wand 44 beschrieben ist, stellt die Anpassungsstruktur 40 eine Fläche 46 bereit, die im Wesentlichen asphärisch ist. Eine Krümmung der Fläche 46 ist so eingerichtet, dass sie eine Nichtbeugungs-Anpassungskomponente in die erste, zweite und dritte Wellenfrontmodifikation WM₁, WM₂, WM₃ einführt. Die Nichtbeugungs-Anpassungskomponente ist so eingerichtet, dass sie eine sphärische Aberration, die durch die entsprechenden Deckschichten in jedes Strahlenbündel eingeführt wird, zumindest teilweise kompensiert. Die Anpassungsstruktur 40 ist so eingerichtet, dass ein kollimiertes Strahlenbündel, das näherungsweise die zweite Wellenlänge λ₂ und die zweite NA 36 hat, durch eine Deckschicht, die die zweite Informationsschichttiefe d₂ von etwa 0,6 mm aufweist, von der Anpassungsstruktur 40 und der Linse 32 auf einen im Wesentlichen optimierten zweiten Abtastpunkt 16'' fokussiert wird.
4 zeigt schematisch eine Beugungsstruktur der optischen Abtasteinrichtung. Die Beugungsstruktur ist ein Beugungsgitter 48, das eine NA der ersten NA 34 besitzt. Das Beugungsgitter 48 umfasst eine Vielzahl ringförmiger Vorsprünge 50, die konzentrisch um die optische Achse OA angeordnet sind. Zwischen jedem ringförmigen Vorsprung 50 liegt eine Grenze 51. Jeder ringförmige Vorsprung 50 hat ein stufenförmiges Profil und enthält eine Vielzahl von Stufen, die unterschiedliche Höhen h aufweisen. Jeder Vorsprung 50 hat eine erste Stufe 52 mit einer ersten Stufenhöhe h₁, eine zweite Stufe 54 mit einer zweiten Stufenhöhe h₂ und eine dritte Stufe 56 mit einer dritten Stufenhöhe h₃.
Die erste Stufe 52, die zweite Stufe 54 und die dritte Stufe 56 haben eine erste, zweite und dritte Breite w₁, w₂, w₃. Die erste, zweite und dritte Stufenhöhe h₁, h₂, h₃ sind so eingerichtet, dass sie in die erste, zweite und dritte Wellenfrontmodifikation WM₁, WM₂, WM₃ eine Beugungskomponente einführen. Die durch das Beugungsgitter 48 eingeführte Beugungskomponente wird durch eine Phasenfunktion ϕ(r) beschrieben, wobei r ein in der Einheit mm angegebener, in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse OA gemessener Radius des Beugungsgitters 48 ist. Die Phasenfunktion ϕ(r), die durch das Beugungsgitter 48 eingeführt wird, wird durch die folgende Polynomrelation angegeben: ϕ(r) = Ar2 + Gr4 + Hr6 +... (1)
In der obigen Relation ist A ein Koeffizient eines Brennpunkts der Beugungskomponente, G ein Koeffizient einer sphärischen Aberration der Beugungskomponente und H ein Koeffizient einer sphärischen Aberration höherer Ordnung der Beugungskomponente. Die Polynomrelation kann weitere Koeffizienten einer sphärischen Aberration höherer Ordnung der Beugungskomponente enthalten. Bei dieser Ausführungsform haben die Koeffizienten A, G, H einen Wert von vorzugsweise 40000, –2941 bzw. –1925. Es ist anzumerken, dass in verschiedenen vorgesehenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei denen die Objektivlinse 32 unterschiedlich sein kann, die Koeffizienten A, G, H unterschiedliche Werte haben können. In Gleichung 1 hat die Polynomrelation einen geradzahligen Wert, da die Potenzen ², ⁴, ⁶... mit denen der Radius r potenziert wird, geradzahlig sind. Das stellt sicher, dass das Beugungsgitter 48 fokus-, sphärische Aberration und sphärische Aberrationen höherer Ordnung kompensiert. Die Phasenfunktion ϕ(r) kann durch die folgende Relation angenähert werden: ϕ(r) = Ar2 + Gr4 (2)
5 zeigt eine grafische Darstellung der Phasenfunktion ϕ(r) des Beugungsgitters 48. Die Phasenfunktion ϕ(r) ist durch eine Zeichnungslinie 57 gezeigt, die als Funktion einer in der Einheit rad angegebenen Phase ϕ auf einer ersten Achse 58 gegen den in der Einheit mm angegebenen Radius r auf einer zweiten Achse 60, die senkrecht zur ersten Achse 58 ist, aufgetragen ist. Die Phasenfunktion ϕ(r) ist eine nichtlineare Funktion.
Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 und unter Anwendung der Phasenfunktion ϕ(r) auf das in 4 schematisch gezeigte Beugungsgitter 48 liegt jede Hauptgrenze 51 zwischen den Vorsprüngen 50 auf einem Radius r, der einem Punkt der Phasenfunktion ϕ(r) entspricht, bei dem sich die Phase ϕ seit der vorhergehenden Hauptgrenze etwa um 2π geändert hat. Eine Grenze zwischen der ersten Stufe 52 und der zweiten Stufe 54 liegt auf einem Radius r, der einem Punkt der Phasenfunktion ϕ(r) entspricht, bei dem sich die Phase ϕ seit der vorhergehenden Hauptgrenze 51 etwa um 2 / 3π geändert hat, und eine Grenze zwischen der zweiten Stufe 54 und der dritten Stufe 56 liegt auf einem Radius r, der einem Punkt der Phasenfunktion ϕ(r) entspricht, bei dem sich die Phase ϕ seit der vorhergehenden Hauptgrenze 51 etwa um 4 / 3π geändert hat. Die Positionen dieser Stufengrenzen legen die erste, zweite und dritte Breite w₁, w₂, w₃ fest.
Die Beugungskomponente der ersten, zweiten und dritten Wellenfrontmodifikation WM₁, WM₂, WM₃ mit einer Beugungsordnung m wird durch die folgende Relation angegeben:
In der obigen Relation ist W der Betrag der Phase der Beugungskomponente und λ ist die Wellenlänge des Strahlenbündels. Der Betrag der Phase der Beugungskomponente ist bei einem vorgegebenen Radius r proportional zu einer ausgewählten Ordnung m der Beugungskomponente. Wenn der erste optische Aufzeichnungsträger 3' mit dem ersten Strahlenbündel 20' abgetastet wird, ist das Beugungsgitter 48 so eingerichtet, dass es bei einer ersten ausgewählten Beugungsordnung m₁ betrieben wird. Wenn der zweite optische Aufzeichnungsträger 3'' mit dem zweiten Strahlenbündel 20'' abgetastet wird, ist das Beugungsgitter 48 so eingerichtet, dass es bei einer zweiten ausgewählten Beugungsordnung m₂ betrieben wird. Wenn der dritte optische Aufzeichnungsträger 3''' mit dem dritten Strahlenbündel 20''' abgetastet wird, ist das Beugungsgitter 48 so eingerichtet, dass es bei einer dritten ausgewählten Beugungsordnung m₃ betrieben wird. Das Beugungsgitter 48 ist so eingerichtet, dass die folgende Relation gilt:
Noch bevorzugter ist, dass das Beugungsgitter 48 so eingerichtet ist, dass die folgende Relation gilt:
Es ist noch mehr bevorzugt, dass das Beugungsgitter 48 so eingerichtet ist, dass die folgende Relation gilt:
In der Relation der Gleichungen 4, 5 und 6 ist der Term
ein erstes Verhältnis zwischen einer Differenz der zweiten und dritten ausgewählten Beugungsordnungen m₂, m₃ und einer Differenz der ersten und zweiten ausgewählten Beugungsordnungen m₂, m₁. Der Term
ist ein zweites Verhältnis zwischen einer Differenz der zweiten und dritten Informationsschichttiefe d₂, d₃ und einer Differenz der ersten und zweiten Informationsschichttiefe d₂, d₁. Das erste und das zweite Verhältnis sind vorzugsweise annähernd gleich, damit das Gitter eine Komponente zum Kompensieren der sphärischen Aberration in jedes der beiden Strahlenbündel, für die das optische System ansonsten im Wesentlichen nicht optimiert ist, einführen kann. Eine Differenz zwischen dem ersten Verhältnis und dem zweiten Verhältnis hat gemäß Gleichung 4 einen Wert, der größer als –1 und kleiner als +1 ist. Es ist stärker bevorzugt, dass diese Differenz gemäß Gleichung 5 einen Wert hat, der größer als –1/2 und kleiner als +1/2 ist, und es ist noch mehr bevorzugt, dass diese Differenz gemäß Gleichung 6 einen Wert hat, der größer als –1/4 und kleiner als +1/4 ist.
In dieser Ausführungsform ist die erste ausgewählte Beugungsordnung m₁ der Beugungskomponente eine von null verschiedene positive Ordnung, +1. Die zweite ausgewählte Beugungsordnung m₂ der Beugungskomponente ist nullter Ordnung, da das optische System in dieser Ausführungsform im Wesentlichen für die zweite Wellenlänge λ₂ ohne die Notwendigkeit einer Beugungskomponente optimiert ist. Die dritte ausgewählte Beugungsordnung m₃ der Beugungskomponente ist eine von null verschiedene negative Ordnung, die vorzugsweise den gleichen Betrag hat wie die erste ausgewählte Beugungsordnung und in diesem Beispiel –1 ist.
Das Ersetzen der Werte gemäß dieser Ausführungsform der ersten, zweiten und dritten Beugungsordnung m₁, m₂, m₃ und der Werte der ersten, zweiten und dritten Informationsschichttiefe d₁, d₂, d₃ im mittleren Term der Relation der Gleichungen (4), (5) und (6) ergibt:
Die Beugungskomponente jeder Wellenfrontmodifikation, die durch das Beugungsgitter 48 bereitgestellt wird, enthält eine Vielzahl unterschiedlicher Beugungsordnungen. Die erste, zweite und dritte Stufenhöhe h₁, h₂, h₃ sind so ausgewählt, dass das Beugungsgitter 48 vorzugsweise gegenüber den anderen Beugungsordnungen aus der Vielzahl unterschiedlicher Beugungsordnungen die erste, zweite und dritte ausgewählte Beugungsordnung m₁, m₂, m₃ auswählt.
Die folgende Tabelle 1 zeigt die ungefähre Höhe von jeder der ersten, zweiten und dritten Stufenhöhe h₁, h₂, h₃. Jede Stufenhöhe h, einschließlich der ersten, zweiten und dritten Stufenhöhe h₁, h₂, h₃, wird für die zweite Wellenlänge λ₂ gemäß der folgenden Relation berechnet:
In der obigen Relation ist z eine ganze Zahl und n₂ ist der Brechungsindex des Materials des Beugungsgitters 48, in diesem Beispiel COC, bei der zweiten Wellenlänge λ2. Phasenänderungen ϕ, die durch jede dieser Stufen des Beugungsgitters 48 in der ersten, zweiten und dritten Wellenfrontmodifikation WM₁, WM₂, WM₃ bereitgestellt werden, können durch eine erste, zweite und dritte Phasenänderung ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃ dargestellt werden.
Die erste und die dritte Phasenänderung ϕ₁, ϕ₃, die für die erste bzw. dritte Wellenlänge λ₁, λ₃ durch die Stufenhöhen h, die die erste, zweite und dritte Stufenhöhe h₁, h₂, h₃ enthalten, bereitgestellt werden, werden gemäß folgender Relation berechnet:
In der obigen Relation hat k einen Wert von 1 oder 3 für die erste oder dritte Wellenlänge λ₁ bzw. λ₃ und n_k ist der Brechungsindex des Materials des Beugungsgitters 48, in diesem Fall COC, bei der ersten oder dritten Wellenlänge λ₁, λ₃.
Tabelle 1 gibt die Näherungswerte der ersten, zweiten und dritten Phasenänderung ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃ Modulo 2π, dividiert durch 2π an, die durch die erste, zweite und dritte Stufenhöhe h₁, h₂, h₃ bereitgestellt werden. Tabelle 1

Stufenhöhe h [μm] (ϕ₁ Modulo 2π)/2π (ϕ₂ Modulo 2π)/2π (ϕ₃ Modulo 2π)/2π

h₁ 0,000 1,000 0 0,000

h₂ 2,487 0,660 0 0,349

h₃ 4,973 0,321 0 0,699
Die erste Phasenänderung ϕ₁ beträgt näherungsweise (1 – a + n_λ1) × 2π, wobei α eine reale Zahl ist mit einem Wert zwischen 0,0 und 1,0 und n_λ1 einen ganzzahligen Wert besitzt. Die zweite Phasenänderung ϕ₂ beträgt näherungsweise (n_λ2) × 2π und die dritte Phasenänderung ϕ₃ beträgt näherungsweise (α + n_λ3) × 2π. Die zweite Phasenänderung ϕ₂ Modulo 2π hat einen Wert von im Wesentlichen null. Die zweite Phasenänderung ϕ₂ hat einen Wert von im Wesentlichen null nach der Subtraktion von (n_λ2) × 2π, wobei n_λ2 eine ganze Zahl ist. Ein maximaler Wirkungsgrad des Beugungsgitters 48 beim Durchlassen des ersten, zweiten und dritten Strahlenbündels 20', 20'', 20''' beträgt etwa mindestens 60%, wobei ein Wert von etwa 65% stärker bevorzugt und ein Wert von etwa 68% noch mehr bevorzugt ist. Das stufenförmige Profil jedes Vorsprungs 50 ist so eingerichtet, dass ein Vorsprung eines „Blazegitters" näherungsweise erreicht wird.
6 zeigt schematisch ein erstes, zweites und drittes Phasenverzögerungsprofil 62, 64, 66 (Modulo 2π) der Beugungskomponente, die durch das Beugungsgitter 48 für die erste, zweite und dritte Wellenfrontmodifikation WM₁, WM₂ bzw. WM₃ bereitgestellt wird. Ein erster, zweiter und dritter Bezugspfeil 68, 70, 72 geben eine Länge einer 2π-Phase für die erste, zweite und dritte Wellenlänge λ₁, λ₂ bzw. λ₃ in Bezug auf das erste, zweite und dritte Phasenverzögerungsprofil 62, 64 bzw. 66 an. Die erste, zweite und dritte Stufe 52, 54, 56 des Beugungsgitters 48 stellen für das erste Strahlenbündel 20' eine erste, zweite bzw. dritte Phasenstufe 74, 76, 78 für das erste Phasenverzögerungsprofil 62 bereit. Eine erste Blazewinkellinie 80 gibt einen Blazewinkel jedes Vorsprungs eines „Blazegitters" an, der durch jeden Vorsprung 50 des Beugungsgitters 48 der vorliegenden Erfindung für das erste Strahlenbündel 20' angenähert wird. Dieser durch die Stufen jedes Vorsprungs angenäherte Winkel ermöglicht, dass das Beugungsgitter 48 die erste Beugungsordnung m₁ für das erste Strahlenbündel 20' auswählt.
Die erste, zweite und dritte Stufe 52, 54, 56 des Beugungsgitters 48 schaffen für das zweite Strahlenbündel 20'' eine erste, zweite bzw. dritte Phasenstufe 82, 84, 86 für das zweite Phasenverzögerungsprofil 64. Die erste, zweite und dritte Stufenhöhe h₁, h₂, h₃ ermöglichen, dass das Beugungsgitter 48 die zweite Beugungsordnung m₂ für das zweite Strahlenbündel 20'' auswählt.
Die erste, zweite und dritte Stufe 52, 54, 56 des Beugungsgitters 48 schaffen für das dritte Strahlenbündel 20''' eine erste, zweite bzw. dritte Phasenstufe 88, 90, 92 für das dritte Phasenverzögerungsprofil 66. Eine unterschiedliche Blazewinkellinie 94 gibt einen Blazewinkel jedes Vorsprungs eines „Blaze-Gitters" an, der durch jeden Vorsprung 50 des Beugungsgitters 48 der vorliegenden Erfindung für das dritte Strahlenbündel 20''' angenähert wird. Dieser durch die Stufen jedes Vorsprungs angenäherte Winkel ermöglicht, dass das Beugungsgitter 48 die dritte Beugungsordnung m₃ für das dritte Strahlenbündel 20''' auswählt.
Das Beugungsgitter 48 ist mit der Anpassungsstruktur 40 kombiniert. 7 zeigt eine erste resultierende Wellenfrontaberration 96 des dritten Strahlenbündels 20''', die aus der Beugungskomponente, die innerhalb der ersten NA 34 mit der Nichtbeugungs-Anpassungskomponente kombiniert ist, gebildet wird. Die erste resultierende Wellenfrontaberration 96 des dritten Strahlenbündels 20''' ist an einer ersten Achse 98 gegen eine zwei te Achse 100, die zur ersten Achse 98 senkrecht ist, aufgetragen. Die erste Achse 98 kennzeichnet eine Strahlengangdifferenz der Wellenfrontaberration in Wellen und die zweite Achse 100 kennzeichnet einen in der Einheit mm angegebenen Radius r, der in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse OA gemessen wird. Die Strahlengangdifferenz OPD ist in diesem Beispiel definiert als eine Differenz, die zwischen dem Strahlengang eines Strahls des Strahlenbündels, das bei einem Radius r von 0 in die Pupille des optischen Systems eintritt, und dem Strahlengang eines Strahls des Strahlenbündels, das bei einem Radius r mit einem von 0 verschiedenen Wert in die Pupille eintritt, gemessen wird. Eine maximale Strahlengangdifferenz der ersten resultierenden Wellenfrontaberration 96 des dritten Strahlenbündels 20'' beträgt etwa –55 mλ.
8 zeigt eine erste resultierende Wellenfrontaberration 104 des zweiten Strahlenbündels 20'', die aus der Beugungskomponente, die innerhalb der ersten NA 34 mit der Nichtbeugungs-Anpassungskomponente kombiniert ist, gebildet wird. Die erste resultierende Wellenfrontaberration 104 des zweiten Strahlenbündels 20'' ist an der ersten Achse 98 gegen die zweite Achse 100 aufgetragen. Eine maximale Strahlengangdifferenz der ersten resultierenden Wellenfrontaberration 104 des zweiten Strahlenbündels 20'' beträgt etwa +138 mλ.
9 zeigt eine erste resultierende Wellenfrontaberration 106 des ersten Strahlenbündels 20', die aus der Beugungskomponente, die innerhalb der ersten NA 34 mit der Nichtbeugungs-Anpassungskomponente kombiniert ist, gebildet wird. Die erste resultierende Wellenfrontaberration 106 des ersten Strahlenbündels 20' ist an der ersten Achse 98 gegen die zweite Achse 100 aufgetragen. Eine maximale Strahlengangdifferenz der ersten resultierenden Wellenfrontaberration 106 des ersten Strahlenbündels 20' beträgt etwa –55 mλ.
10 zeigt schematisch ein Profit 107 der Anpassungsstruktur 40, wenn sie mit einer nichtperiodischen Phasenstruktur gemäß dieser Ausführungsform kombiniert ist. Die nichtperiodische Phasenstruktur ist an der asphärischen Fläche 46 angeordnet. Das Profil ist an einer vierten Achse 110 gegen eine fünfte Achse 112, die senkrecht zur vierten Achse 110 ist, aufgetragen. Die erste und die zweite NA 34, 36, die unterschiedliche radiale Ausdehnungen von der optischen Achse OA haben, sind in 10 angegeben. Die vierte Achse 110 kennzeichnet eine in der Einheit mm angegebene Absenkung der kombinierten nichtperiodischen Phasenstruktur und der Anpassungsstruktur 40. Die fünfte Achse 112 kennzeichnet den in der Einheit mm angegebenen Radius r der kombinierten nichtperiodi schen Phasenstruktur und der Anpassungsstruktur 40. Die Wand 44 der Anpassungsstruktur 40 ist angegeben. Die nichtperiodische Phasenstruktur besitzt eine NA der ersten NA 34.
Die nichtperiodische Phasenstruktur umfasst eine Vielzahl radialer Zonen, die konzentrisch um die optische Achse OA angeordnet sind. Die Vielzahl radialer Zonen enthält eine erste radiale Zone 114, eine zweite radiale Zone 116 und eine dritte radiale Zone 118. Eine Grenze zwischen der ersten radialen Zone 114 und der zweiten radialen Zone 116 liegt bei einem Radius r von etwa 0,60 mm. Eine Grenze zwischen der zweiten radialen Zone 116 und der dritten radialen Zone 118 liegt bei einem Radius r von etwa 1,03 mm. Die zweite radiale Zone 116 der nichtperiodischen Phasenstruktur umfasst einen ringförmigen Vorsprung 120, der konzentrisch zur optischen Achse OA ist und eine Absenkung von etwa –1,4 μm aufweist.
Die nichtperiodische Phasenstruktur ist so eingerichtet, dass sie eine unterschiedliche nichtperiodische Phasenkomponente in die erste, zweite und dritte Wellenfrontmodifikation WM₁, WM₂, WM₃ einführt. Die nichtperiodische Phasenkomponente ist so eingerichtet, dass sie eine Phase ϕ von jedem Strahlenbündel subtrahiert. Für das erste Strahlenbündel 20' hat diese Phase ϕ Modulo 2π, dividiert durch 2π einen Wert von etwa 0,93. Für das zweite Strahlenbündel 20'' hat diese Phase ϕ Modulo 2π, dividiert durch 2π einen Wert von etwa 0,12. Für das dritte Strahlenbündel 20''' hat diese Phase ϕ Modulo 2π, dividiert durch 2π einen Wert von etwa 0,88.
Das Beugungsgitter 48 ist mit der nichtperiodischen Phasenstruktur kombiniert. 11 zeigt schematisch ein Profil 128 der Anpassungsstruktur 40, wenn sie sowohl mit der nichtperiodischen Phasenstruktur als auch mit dem Beugungsgitter 48 kombiniert ist. Das Profil 128 ist an der vierten Achse 110 gegen die fünfte Achse 112 aufgetragen. Die erste, zweite und dritte NA 34, 36, 38, die unterschiedliche radiale Ausdehnungen von der optischen Achse OA haben, sind angegeben. Die erste, zweite und dritte radiale Zone 114, 116, 118 der nichtperiodischen Phasenstruktur sind angegeben. Elemente des Beugungsgitters 48, der Anpassungsstruktur 40 und der nichtperiodischen Phasenstruktur sind in 11 unter Verwendung der entsprechenden Bezugszeichen angegeben.
12 zeigt eine zweite resultierende Wellenfrontaberration 122 des dritten Strahlenbündels 20''', die aus der Beugungskomponente, kombiniert sowohl mit der Nichtbeugungs-Anpassungskomponente als auch mit der nichtperiodischen Phasenkomponente innerhalb der ersten NA 34, gebildet ist. Die zweite resultierende Wellenfrontaberration 122 des dritten Strahlenbündels 20''' ist an der ersten Achse 98 gegen die zweite Achse 100 aufgetragen. Ein quadratischer Mittelwert der Wellenfrontaberration der zweiten resultierenden Wellenfrontaberration 122 des dritten Strahlenbündels 20''' beträgt etwa 37 mλ.
13 zeigt eine zweite resultierende Wellenfrontaberration 124 des zweiten Strahlenbündels 20'', die aus der Beugungskomponente, kombiniert sowohl mit der Nichtbeugungs-Anpassungskomponente als auch mit der nichtperiodischen Phasenkomponente innerhalb der ersten NA 34, gebildet ist. Die zweite resultierende Wellenfrontaberration 124 des zweiten Strahlenbündels 20'' ist an der ersten Achse 98 gegen die zweite Achse 100 aufgetragen. Ein quadratischer Mittelwert der Wellenfrontaberration der zweiten resultierenden Wellenfrontaberration 124 des zweiten Strahlenbündels 20'' beträgt etwa 25 mλ.
14 zeigt eine zweite resultierende Wellenfrontaberration 126 des ersten Strahlenbündels 20', die aus der Beugungskomponente, kombiniert sowohl mit der Nichtbeugungs-Anpassungskomponente als auch mit der nichtperiodischen Phasenkomponente innerhalb der ersten NA 34, gebildet ist. Die zweite resultierende Wellenfrontaberration 126 des ersten Strahlenbündels 20' ist an der ersten Achse 98 gegen die zweite Achse 100 aufgetragen. Ein quadratischer Mittelwert der Wellenfrontaberration der zweiten resultierenden Wellenfrontaberration 126 des ersten Strahlenbündels 20' beträgt etwa 13 mλ.
In 11 umfasst ein Bereich der Anpassungsstruktur 40, der zwischen einer Grenze der ersten NA 34 und der zweiten NA 36 und einer Grenze der zweiten NA 36 und der dritten NA 38 liegt, eine zweite unterschiedliche nichtperiodische Phasenstruktur, die mit der Anpassungsstruktur 40 kombiniert ist. Ein Profil 129 dieser zweiten nichtperiodischen Phasenstruktur ist in 11 gezeigt. Die zweite nichtperiodische Phasenstruktur umfasst eine vierte, fünfte und sechste radiale Zone, die konzentrisch um die optische Achse OA angeordnet sind. Eine Grenze zwischen der dritten radialen Zone 118 und der vierten radialen Zone liegt bei einem Radius r von etwa 1,18 mm. Eine Grenze zwischen der vierten radialen Zone und der fünften radialen Zone liegt bei einem Radius r von etwa 1,425 mm. Eine Grenze zwischen der fünften radialen Zone und der sechsten radialen Zone liegt bei einem Radius r von etwa 1,478 mm.
Die zweite nichtperiodische Phasenstruktur ist so eingerichtet, dass sie eine zweite nichtperiodische Phasenkomponente in die zweite und dritte Wellenfrontmodifikation WM₂, WM₃ einführt. Die zweite nichtperiodische Phasenkomponente ist so eingerichtet, dass sie eine Phasenänderung ϕ in das zweite und dritte Strahlenbündel 20'', 20''' einführt.
Die vierte, fünfte und sechste radiale Zone umfassen jeweils einen ringförmigen Vorsprung, der konzentrisch zur optischen Achse OA ist und eine vierte, fünfte bzw. sechste Höhe h₄, h₅, h₆ hat. Tabelle 2 gibt den ungefähren Wert dieser Höhen sowie die Phasenänderung ϕ₃ Modulo 2π, dividiert durch 2π, die durch diese Stufenhöhen für das dritte Strahlenbündel 20''' erzeugt wird, an. Die vierte, fünfte und sechste Stufenhöhe h₄, h₅, h₆ erzeugen eine Phasenänderung ϕ₂ Modulo 2π, dividiert durch 2π, die für das zweite Strahlenbündel 20'' einen Wert von im Wesentlichen null hat. Tabelle 2

Stufenhöhe h [μm] (ϕ₂ Modulo 2π)/2π (ϕ₃ Modulo 2π)/2π

h₄ 1,243 0 0,675

h₅ 2,487 0 0,349

h₆ 0,000 0 0
15 zeigt eine dritte resultierende Wellenfrontaberration 130 des dritten Strahlenbündels 20''', die aus der Beugungskomponente, kombiniert mit der Nichtbeugungs-Anpassungskomponente, der nichtperiodischen Phasenkomponente, der zweiten nichtperiodischen Phasenkomponente und einer Wellenfrontmodifikationskomponente, die durch den ebenen ringförmigen Bereich 42 innerhalb der dritten NA 38 eingeführt wird, gebildet wird. Die dritte resultierende Wellenfrontaberration 130 des dritten Strahlenbündels 20''' ist an der ersten Achse 98 gegen die zweite Achse 100 aufgetragen. Ein quadratischer Mittelwert der Wellenfrontaberration der dritten resultierenden Wellenfrontaberration 130 des dritten Strahlenbündels 20''' beträgt etwa 15 mλ.
16 zeigt eine dritte resultierende Wellenfrontaberration 132 des zweiten Strahlenbündels 20'', die aus der Beugungskomponente, kombiniert mit der Nichtbeugungs-Anpassungskomponente, der nichtperiodischen Phasenkomponente und der zweiten nichtperiodischen Phasenkomponente innerhalb der zweiten NA 36 gebildet wird. Die dritte resultierende Wellenfrontaberration 132 des zweiten Strahlenbündels 20'' ist an der ersten Achse 98 gegen die zweite Achse 100 aufgetragen. Ein quadratischer Mittelwert der Wellenfrontaberration der dritten resultierenden Wellenfrontaberration 132 des zweiten Strahlenbündels 20'' beträgt etwa 18 mλ.
17 zeigt eine dritte resultierende Wellenfrontaberration 134 des ersten Strahlenbündels 20', die aus der Beugungskomponente, kombiniert mit der Nichtbeugungs- Anpassungskomponente und der nichtperiodischen Phasenkomponente innerhalb der ersten NA 34, gebildet wird. Die dritte resultierende Wellenfrontaberration 134 des ersten Strahlenbündels 20' ist an der ersten Achse 98 gegen die zweite Achse 100 aufgetragen. Ein quadratischer Mittelwert der Wellenfrontaberration der dritten resultierenden Wellenfrontaberration 134 des ersten Strahlenbündels 20' beträgt etwa 13 mλ.
Die obige Ausführungsform sollte als ein veranschaulichendes Beispiel der Erfindung verstanden werden. Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind vorgesehen.
Die Kompatibilitätsplatte mit der Anpassungsstruktur, kombiniert mit dem Beugungsgitter, der nichtperiodischen Phasenstruktur und der zweiten nichtperiodischen Phasenstruktur ist z. B. unter Verwendung einer Spritzgießtechnik aus dem Material COC gebildet. Es ist vorgesehen, dass die Kompatibilitätsplatte des optischen Systems alternativ aus anderen Materialien gebildet wird, die ermöglichen, dass der erforderliche Aufbau des Beugungsgitters, der Anpassungsstruktur, der nichtperiodischen Phasenstruktur und der zweiten nichtperiodischen Phasenstruktur erzielt wird. Es ist vorgesehen, dass die Kompatibilitätsplatte alternativ aus Diacryl gebildet werden kann. Es ist ferner vorgesehen, dass die Linse oder die Kompatibilitätsplatte aus einem gewünschten Material unter Verwendung eines Nachbildungsprozesses gebildet wird. Bei diesem Prozess wird das gewünschte Material in einer härtbaren Form zwischen einer Glasoberfläche und einem Formstück mit einer Form, die einer gewünschten Form der Kompatibilitätsplatte entspricht, platziert. Das Material wird dann, nachdem es die gewünschte Form vom Formstück angenommen hat, z. B. unter Verwendung von UV-Strahlung gehärtet.
In der beschriebenen Ausführungsform ist das Beugungsgitter mit der Anpassungsstruktur, der nichtperiodischen Phasenstruktur und der zweiten nichtperiodischen Phasenstruktur als Teil der Kompatibilitätsplatte kombiniert. Es ist ferner vorgesehen, dass alternativ zumindest die Beugungsstruktur, die Anpassungsstruktur, die nichtperiodische Phasenstruktur oder die zweite nichtperiodische Phasenstruktur mit der Linse kombiniert werden. Es ist ferner vorgesehen, dass die Beugungsstruktur, die Anpassungsstruktur, die nichtperiodische Phasenstruktur und die zweite nichtperiodische Phasenstruktur sämtlich mit der Linse kombiniert werden können, sodass das optische System keine Kompatibilitätsplatte benötigt.

Bei dieser Ausführungsform ist das Beugungsgitter so eingerichtet, dass die erste ausgewählte Beugungsordnung m₁ eine von null verschiedene positive Ordnung von +1 ist, die zweite ausgewählte Beugungsordnung m₂ nullter Ordnung ist und die dritte aus gewählte Beugungsordnung m₃ eine von null verschiedene negative Ordnung von –1 ist. Es ist ferner vorgesehen, dass das Beugungsgitter eingerichtet sein kann, um unterschiedliche Beugungsordnungen auszuwählen, während sichergestellt ist, dass die Relation der Gleichung 4, 5 oder 6 eingehalten wird. Tabelle 3 gibt unterschiedliche vorgesehene Ausführungsformen an, die unterschiedliche ausgewählte Beugungsordnungen für die Deckschichtdicken der beschriebenen Ausführungsform haben. Tabelle 3

Deckschichtdicke [mm]	1,2	0,6	0,1
Ausgewählte Ordnungen der aktuellen Ausführungsform	+1	0	–1
Ausgewählte Ordnungen der vorgesehenen Ausführungsform 1	–2	–1	0
Ausgewählte Ordnungen der vorgesehenen Ausführungsform 2	0	+1	+2
Ausgewählte Ordnungen der vorgesehenen Ausführungsform 3	0	+2	+4

In der beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Beugungsgitter eingerichtet, um Phasenänderungen Modulo 2π, die sich im Wesentlichen gleichen, in das zweite Strahlenbündel einzuführen. Es ist vorgesehen, dass die Beugungsstruktur alternativ so eingerichtet sein könnte, dass sie ähnliche Phasenänderungen Modulo 2π, die sich im Wesentlichen gleichen, in das erste oder dritte Strahlenbündel einführen.
Die unterschiedlichen Strahlenbündel der beschriebenen Ausführungsform haben jeweils eine vorgegebene Wellenlänge und eine bestimmte NA. Es ist vorgesehen, dass Strahlenbündel verwendet werden können, die eine unterschiedliche vorgegebene Wellenlänge oder eine unterschiedliche NA haben. Es ist ferner vorgesehen, dass die Beugungsstruktur, die Anpassungsstruktur, die nichtperiodische Phasenstruktur und/oder die zweite nichtperiodische Phasenstruktur eine unterschiedliche NA haben können.
In der beschriebenen Ausführungsform ist die optische Abtasteinrichtung so eingerichtet, dass sie optische Aufzeichnungsträger abtastet, die unterschiedliche Deckschichtdicken haben. Es ist vorgesehen, dass die optische Abtasteinrichtung alternativ so eingerichtet sein kann, dass sie unterschiedliche Formate optischer Aufzeichnungsträger abtastet, die andere Deckschichtdicken als jene der beschriebenen Ausführungsform haben, während die Relation der Gleichung 4, 5 oder 6 aufrechterhalten wird.
In der beschriebenen Ausführungsform umfasst das optische System eine zweite nichtperiodische Phasenstruktur. In weiteren vorgesehenen Ausführungsformen kann die zweite nichtperiodische Phasenstruktur alternativ eine Beugungsstruktur sein, die so eingerichtet ist, dass sie eine zweite Beugungskomponente in die zweite und dritte Wellenfrontmodifikation WM₂, WM₃ einführt. In der beschriebenen Ausführungsform umfasst das optische System einen ebenen ringförmigen Bereich 42. Es ist ferner vorgesehen, dass dieser Bereich außerdem eine Anpassungsstruktur, eine Beugungsstruktur oder eine nichtperiodische Phasenstruktur enthalten kann.
In der beschriebenen Ausführungsform sind bestimmte Abmessungen, die Stufenhöhen, Breiten und Krümmungsraten zumindest des Beugungsgitters, der Anpassungsstruktur, der nichtperiodischen Phasenstruktur oder der zweiten nichtperiodischen Phasenstruktur enthalten, vorgegeben. Es ist ferner vorgesehen, dass jede dieser Abmessungen in weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unterschiedlich sein kann.
Es sollte klar sein, dass jedes Merkmal, das in Bezug auf eine beliebige Ausführungsform beschrieben wurde, allein oder in Kombination mit anderen beschriebenen Merkmalen und außerdem in Kombination mit einem oder mehreren Merkmalen jeder anderen Ausführungsform oder in einer beliebigen Kombination aus jeder anderen Ausführungsform verwendet werden kann. Des Weiteren können außerdem Entsprechungen und Modifikationen, die oben nicht beschrieben wurden, verwendet werden, ohne vom Anwendungsbereich der Erfindung, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
Text in den Figuren
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Phase ϕ/rad
Radius r/mm

Claims

Optische Abtasteinrichtung zum Abtasten optischer Aufzeichnungsträger, welche Informationsschichten bei unterschiedlichen Informationsschichttiefen in dem Träger aufweisen, wobei die optischen Aufzeichnungsträger einen ersten optischen Aufzeichnungsträger (3') mit einer Informationsschicht (2') bei einer ersten Informationsschichttiefe d₁, einen zweiten optischen Aufzeichnungsträger (3'') mit einer Informationsschicht (2'') bei einer zweiten Informationsschichttiefe d₂ und einen dritten optischen Aufzeichnungsträger (3''') mit einer Informationsschicht (2''') bei einer dritten Informationsschichttiefe d₃ enthalten, wobei d₃ < d₂ < d₁ ist, wobei die Abtasteinrichtung ein Strahlungsquellensystem (7) zum Erzeugen eines ersten, zweiten und dritten Strahlenbündels (4'; 4''; 4''') zum Abtasten des ersten, zweiten bzw. dritten Aufzeichnungsträgers (3'; 3''; 3''') enthält, wobei die Einrichtung eine Beugungsstruktur (48) enthält, die eine erste, zweite und dritte unterschiedliche Wellenfrontmodifikation in zumindest einen Teil des ersten, zweiten bzw. dritten Strahlenbündels einführt, wobei die Beugungsstruktur so eingerichtet ist, dass sie bei ausgewählten Beugungsordnungen m₁, m₂, m₃ für das erste, zweite bzw. dritte Strahlenbündel wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Beugungsstruktur so eingerichtet ist, dass die folgende Relation gilt:
und dass die Beugungskomponente der ersten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente positiver Ordnung ist und die Beugungskomponente der dritten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente negativer Ordnung ist.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Beugungsstruktur (48) so eingerichtet ist, dass die folgende Relation gilt:
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die optische Abtasteinrichtung eine optische Achse (OA) hat und die Beugungsstruktur (48) eine Vielzahl ringförmiger Vorsprünge (50), die konzentrisch um die optische Achse angeordnet sind, umfasst.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der jeder Vorsprung (50) ein stufenförmiges Profil hat, wobei jeder Vorsprung mehrere Stufen mit unterschiedlichen Höhen (h₁, h₂, h₃) enthält.
Optische Abtasteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Abtasteinrichtung eine Anpassungsstruktur (40) umfasst, die so eingerichtet ist, dass sie eine Nichtbeugungs-Anpassungskomponente in jedes Strahlenbündel einführt, wobei die Anpassungskomponente so eingerichtet ist, dass sie eine sphärische Aberration einführt.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 5, bei der die Anpassungsstruktur eine Fläche (46) bereitstellt, die im Wesentlichen asphärisch ist.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der die Beugungsstruktur (48) mit der Anpassungsstruktur (40) kombiniert ist.
Optische Abtasteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Abtasteinrichtung eine optische Achse (OA) hat und eine nichtperiodische Phasenstruktur umfasst, die so eingerichtet ist, dass sie eine nichtperiodische Phasenkomponente in jedes Strahlenbündel einführt, wobei die nichtperiodische Phasenstruktur mehrere radiale Zonen (114; 116; 118) umfasst, die konzentrisch um die optische Achse (OA) angeordnet sind und ein nichtperiodisches radiales Profil (107) haben.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 8, bei der die nichtperiodische Phasenstruktur mit der Beugungsstruktur (48) kombiniert ist.
Optische Abtasteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die ausgewählte Beugungsordnung m₂ für das zweite Strahlenbündel nullter Ordnung ist.
Optische Abtasteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der jedes Strahlenbündel eine vorgegebene Wellenlänge (λ₁; λ₂; λ₃) hat, wobei die Wellenlänge des dritten Strahlenbündels kleiner als die Wellenlänge des zweiten Strahlenbündels ist und die Wellenlänge des zweiten Strahlenbündels kleiner als jene des ersten Strahlenbündels ist.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 11, bei der die vorgegebenen Wellenlängen des ersten, zweiten und dritten Strahlenbündels etwa 785, 650 bzw. 405 Nanometer betragen.
Optische Abtasteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die erste, zweite und dritte Informationsschichttiefe d₁, d₂, d₃ etwa 1,2, 0,6 bzw. 0,1 Millimeter betragen.
Optisches System zum Einführen erster, zweiter und dritter unterschiedlicher Wellenfrontmodifikationen in zumindest einen Teil des ersten, zweiten bzw. dritten Strahlenbündels (4'; 4''; 4'''), wobei jedes Strahlenbündel eine unterschiedliche vorgegebene Wellenlänge (λ₁; λ₂; λ₃) hat, wobei die Wellenlänge des dritten Strahlenbündels kleiner ist als die Wellenlänge sowohl des ersten als auch des zweiten Strahlenbündels, wobei das optische System eine Beugungsstruktur (48) mit einem Profil umfasst, das sich in Stufen ändert, die so eingerichtet sind, dass sie ausgewählte Beugungskomponenten in den Wellenfrontmodifikationen bereitstellen, wobei die ausgewählte Beugungskomponente der ersten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente einer von null verschiedenen Ordnung ist, dadurch gekennzeichnet, dass: i) die Beugungsstruktur so eingerichtet ist, dass die ausgewählte Beugungskomponente der dritten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente einer von null verschiedenen Ordnung ist, und dass ii) die Stufen des Profils der Beugungsstruktur so eingerichtet sind, dass sie in das zweite Strahlenbündel Phasenänderungen einführen, wobei jede Phasenänderung, Modulo 2π, im Wesentlichen gleich jeder anderen Phasenänderung ist, iii) und die Beugungskomponente der ersten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente positiver Ordnung ist und die Beugungskomponente der dritten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente negativer Ordnung ist.
Optisches System nach Anspruch 14, wobei das System eine Linse (32) zum Fokussieren jedes des ersten, zweiten und dritten Strahlenbündels (4'; 4''; 4''') enthält.
Optisches System nach Anspruch 14 oder 15, wobei das optische System eine optische Achse (OA) hat und die Beugungsstruktur (48) eine Vielzahl ringförmiger Vorsprünge (50), die konzentrisch um die optische Achse angeordnet sind, umfasst.
Optisches System nach Anspruch 16, bei dem jeder Vorsprung (50) ein stufenförmiges Profil hat, wobei jeder Vorsprung mehrere Stufen (52; 54; 56) mit unterschiedlichen Höhen (h₁, h₂, h₃) enthält.
Optisches System nach den Ansprüchen 14 bis 17, wobei jede Wellenfrontmodifikation eine Nichtbeugungs-Anpassungskomponente enthält und das optische System eine Anpassungsstruktur (40) umfasst, die so eingerichtet ist, dass sie die Anpassungskomponente bereitstellt, wobei die Anpassungskomponente so eingerichtet ist, dass sie eine sphärische Aberration einführt.
Optisches System nach Anspruch 18, bei dem die Anpassungsstruktur (40) eine Fläche (46) bereitstellt, die im Wesentlichen asphärisch ist.
Optisches System nach Anspruch 18 oder 19, bei dem die Beugungsstruktur (48) mit der Anpassungsstruktur (40) kombiniert ist.
Optisches System nach den Ansprüchen 14 bis 20, wobei jede Wellenfrontmodifikation eine nichtperiodische Phasenkomponente enthält und das optische System eine nichtperiodische Phasenstruktur umfasst, die so eingerichtet ist, dass sie eine nichtperiodische Phasenkomponente bereitstellt, wobei die nichtperiodische Phasenstruktur mehrere radiale Zonen (114; 116; 118) umfasst, die konzentrisch um die optische Achse (OA) angeordnet sind und ein nichtperiodisches radiales Profil (107) haben.
Optisches System nach Anspruch 21, bei dem die nichtperiodische Phasenstruktur mit der Beugungsstruktur (48) kombiniert ist.
Optisches System nach den Ansprüchen 14 bis 22, bei dem die Wellenlänge des zweiten Strahlenbündels kleiner ist als die Wellenlänge des ersten Strahlenbündels.
Optisches System nach Anspruch 23, bei dem die vorgegebenen Wellenlängen des ersten, zweiten und dritten Strahlenbündels etwa 785, 650 bzw. 405 Nanometer betragen.
Optische Abtasteinrichtung zum Abtasten eines ersten, zweiten und dritten unterschiedlichen optischen Aufzeichnungsträgers (3'; 3''; 3''') mit einem ersten, zweiten bzw. dritten unterschiedlichen Strahlenbündel (4'; 4''; 4'''), wobei jedes Strahlenbündel eine unterschiedliche vorgegebene Wellenlänge (λ₁; λ₂; λ₃) hat, wobei die Wellenlänge des dritten Strahlenbündels kleiner als die Wellenlänge sowohl des ersten als auch des zweiten Strahlenbündels ist, wobei die optische Abtasteinrichtung ein optisches System (8) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 24 umfasst.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 13, wobei das optische System so eingerichtet ist, dass es das erste, zweite und dritte Strahlenbündel (4'; 4''; 4''') auf einen gewünschten Brennpunkt auf dem ersten, zweiten bzw. dritten optischen Aufzeichnungsträger (3'; 3''; 3''') fokussiert.
Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 26 oder 27, bei dem jeder des ersten, zweiten und dritten optischen Aufzeichnungsträgers (3'; 3''; 3''') eine Informations schicht bei einer ersten, zweiten bzw. driften Informationsschichttiefe d₁, d₂, d₃ von etwa 1,2, 0,6 bzw. 0,1 Millimeter hat.
Optisches System zum Einführen erster, zweiter und dritter unterschiedlicher Wellenfrontmodifikationen in zumindest einen Teil des ersten, zweiten bzw. dritten Strahlenbündels (4'; 4''; 4'''), wobei jedes Strahlenbündel eine unterschiedliche vorgegebene Wellenlänge (λ₁; λ₂; λ₃) hat, wobei die Wellenlänge des dritten Strahlenbündels kleiner als die Wellenlänge sowohl des ersten als auch des zweiten Strahlenbündels ist, wobei das optische System eine Beugungsstruktur (48) mit einem Profil umfasst, das sich in Stufen ändert, die so eingerichtet sind, dass sie ausgewählte Beugungskomponenten in den Wellenfrontmodifikationen bereitstellen, wobei die ausgewählte Beugungskomponente der ersten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente einer von null verschiedenen Ordnung ist, dadurch gekennzeichnet, dass: i) die Beugungsstruktur so eingerichtet ist, dass die ausgewählte Beugungskomponente der dritten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente einer von null verschiedenen Ordnung ist, und dass ii) die Stufen des Profils der Beugungsstruktur so eingerichtet sind, dass die ausgewählte Beugungskomponente der zweiten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente nullter Ordnung ist, iii) und die Beugungskomponente der ersten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente positiver Ordnung ist und die Beugungskomponente der dritten Wellenfrontmodifikation eine Beugungskomponente negativer Ordnung ist.