DE3741910A1 - Im wellenlaengen-multiplexbetrieb arbeitendes optisches aufzeichnungsgeraet - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein im Wellenlängen- Multiplexbetrieb arbeitendes optisches Aufzeichnungsgerät, das ein optisches Aufzeichnungsmedium verwendet, das aus mehreren geschichteten optischen Aufzeichnungsschichten besteht, die unterschiedliche Wellenlängen-Empfindlichkei­ ten aufweisen.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein im Wellenlängen-Multiplexbetrieb arbeitendes optisches Auf­ zeichnungsgerät, das besonders zur genauen Positionierung einer Vielzahl von Laserstrahlen verschiedener Wellen­ längen geeignet ist.

Das Aufzeichnen im Wellenlängen-Multiplexbetrieb wird vor­ geschlagen als Versuch, die Aufzeichnungsdichte optischer Plattenspeicher drastisch zu erhöhen. Als Aufzeichnungsme­ dien, die bei solchen Wellenlängenmultiplex-Aufzeichnungs­ verfahren verwendet werden können, sind monomolekulare Schichten aus organischen Farbstoffmolekülen bekannt, die nach der Langmuir-Blodget-Methode aufgeschichtet werden. Dieses Verfahren ist in der Druckschrift "Nikkei New Material", 19. Mai 1986, S. 15, beschrieben.

Diese konventionelle Technik berücksichtigt jedoch nicht die Tatsache, daß die Brennweiten verschiedener Laser­ strahlen mit verschiedenen Wellenlängen in einer zu den Aufzeichnungsschichten normalen Richtung mit einem syste­ matischen Fehler behaftet sind, aufgrund der chromatischen Aberration des optischen Fokussiersystems, was zu einer ungenauen Positionierung der Laserstrahlen auf den ent­ sprechenden Aufzeichnungsmedien führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein im Wellenlängen-Multiplexbetrieb arbeitendes optisches Aufzeichnungsgerät anzugeben, das die Position von Laser­ strahlen verschiedener Wellenlängen genau auf die zugehö­ rigen Aufzeichnungsschichten positionieren kann durch die Verwendung eines optischen Aufzeichnungsmediums, das aus mehreren geschichteten optischen Aufzeichnungsschichten mit unterschiedlichen Wellenlängenempfindlichkeiten be­ steht.

Ferner soll ein im Wellenlängen-Multiplexbetrieb arbeiten­ des optisches Aufzeichnungsgerät angegeben werden, das das thermische Übersprechen zwischen den Aufzeichnungsschich­ ten minimiert.

Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung be­ steht darin, daß die Schichtungsabstände zwischen den Auf­ zeichnungsschichten, auf die mehrere Laserstrahlen ver­ schiedener Wellenlängen mittels eines optischen Systems fokussiert werden, dem systematischen Fokussierungsfehler angepaßt sind, der durch die chromatische Aberration des optischen Systems hervorgerufen wird, wodurch es den La­ serstrahlen ermöglicht wird, genau auf den jeweiligen Auf­ zeichnungsschichten mit den entsprechenden Wellenlängen- Empfindlichkeiten zu fokussieren.

Das geschichtete optische Aufzeichnungsmedium weist ferner als letzte Schicht eine reflektierende Schicht auf, so daß ein Signal, das eine Entfokussierung anzeigt und/oder ein Signal, das ein Aus-der-Spurlaufen anzeigt, erfaßt wird, wobei der Laserstrahl verwendet wird, dessen Wellenlänge zu der Aufzeichnungsschicht gehört, die der Reflexions­ schicht am nächsten liegt.

Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung werden mehrere Laserstrahlen verschiedener Wellenlängen auf Aufzeichnungsschichten mit entsprechenden Wellenlän­ gen-Empfindlichkeiten fokussiert, wobei ein optisches Sy­ stem verwendet wird, das dafür sorgt, daß ein Laser­ strahlfokus nicht über anderen Schichten liegt, wodurch das thermische Übersprechen zwischen den Aufzeich­ nungsschichten minimiert wird.

Jedes optische System bzw. jede Linse, die zum Fokussieren eines Laserstrahls auf eine Aufzeichnungsschicht verwendet wird, hat eine gewisse chromatische Aberration. Demzufolge hat jeder Laserstrahl beim Fokussieren mehrerer Laser­ strahlen verschiedener Wellenlängen mit einem optischen System eine unterschiedliche Lage des Brennpunktes auf der optischen Achse aufgrund der chromatischen Aberration des Systems. Das heißt, daß, wenn man die Schichtungsabstände der Aufzeichnungsschichten in Übereinstimmung mit den Abständen zwischen den Brennpunkten der Laserstrahlen bringt, so kann jeder Laserstrahl einer spezifischen Wel­ lenlänge auf der entsprechenden Aufzeichnungsschicht fo­ kussiert werden, wobei die Aufzeichnungsschichten jeweils unterschiedliche Wellenlängen-Empfindlichkeiten haben. Dieses Konzept erhöht die Lichtausbeute für jede Aufzeich­ nungsschicht und reduziert ferner das Übersprechen zwi­ schen den Schichten.

Für den Fall, daß der gesamte geschichtete Aufzeichnungs­ film eine Dicke hat, die größer oder gleich der fokalen Tiefe eines bestimmten Laserstrahls ist, tritt ein Problem dann auf, wenn die Wellenlänge dieses Laserstrahls zur Steuerung des Lichtflecks dienen soll, der zur automati­ schen Fokussierung und/oder zur Spurfolgesteuerung verwen­ det wird.

Durch die Verwendung einer Licht reflektierenden Schicht als letzte Schicht der aufeinandergeschichteten Aufzeich­ nungsfilme und durch Wiedergabe von Information unter Ver­ wendung des von der reflektierenden Schicht reflektierten Lichtes wird es möglich, die reflektierende Schicht als Fokussierungszielebene zu verwenden und in der reflektie­ renden Schicht ausgeprägte Spuren oder Vertiefungen als Zielspur zu verwenden. Durch die Verwendung des Laser­ strahls, dessen Wellenlänge der Wellenlängen-Empfindlich­ keit der Aufzeichnungsschicht entspricht, die der reflek­ tierenden Schicht am nächsten liegt zur Erfassung einer Entfokussierung und/oder eines Spurfolgefehlers, wird eine stabile automatische Fokussierung und/oder Spurfolgesteue­ rung ermöglicht, die darauf beruht, daß der Abstand zwi­ schen der reflektierenden Schicht und der nächstliegenden Aufzeichnungsschicht hinreichend kleiner ist als die foka­ le Tiefe des Laserstrahlflecks. Für die verbleibenden Auf­ zeichnungslaser wird der Aufzeichnungsfleck jeweils hin­ sichtlich seiner Lage automatisch in Einklang mit dem La­ serfleck auf der Schicht gesteuert, die der reflektieren­ den Schicht am nächsten liegt, da diese konstante Abstände von dem Bezugsfleck haben und zwar in Richtung der fokalen Tiefe und in Richtung der Spurfolgefehler.

Das getrennte Plazieren mehrerer Laserlichtflecken auf der optischen Aufzeichnungsoberfläche ohne Überlappung unter­ einander nicht nur in Richtung der fokalen Tiefe, sondern auch in der Ebene der Aufzeichnungsschichten, hat die wei­ tere Wirkung, daß das Aufzeichnen von Übersprechsignalen reduziert wird, das auftritt, wenn eine lokale Hitzeerzeu­ gung durch die Einstrahlung eines Aufzeichnungslaserpulses auf eine Aufzeichnungsschicht eine optische Aufzeichnung auf anderen Schichten bewirkt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen beispielsweise unter Bezug­ nahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Auf­ zeichnungsmedium;

Fig. 2 im Diagramm eine Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen optischen Aufzeichnungs-Wiedergabegerätes; und

Fig. 3A und 3B Diagramme, die die Positionierung der La­ serlichtflecken auf der Oberfläche des Aufzeich­ nungsmediums nach einer Ausführungsform der Erfin­ dung zeigen.

Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines optischen Aufzeich­ nungsmediums, bei dem ein Substrat 11 in Form einer Glas- oder Plastikplatte so bearbeitet ist, daß es eine Replika­ schicht 12 bildet, mit Spuren oder Vertiefungen zur Spur­ folgesteuerung und Vertiefungen zum Aufzeichnen der Spur­ adresse, des Synchronisierungssignals und ähnlichem. Das Substrat 11 und die Replikaschicht 12 können vollständig im Spritzgußverfahren hergestellt werden. Mehrere optische Aufzeichnungsschichten 21, 22 und 23 mit unterschiedlichen Wellenlängen-Empfindlichkeiten sind auf transparente Harz­ schichten 20 aufgedampft, wobei die Abstände d 12 und d 23 zwischen benachbarten Aufzeichnungsschichten konsistent mit den Abständen der Brennpunkte gewählt werden, so daß Laserstrahlen spezifischer Wellenlängen auf den entspre­ chenden Aufzeichnungsschichten fokussiert werden. Bei einem systematischen Fehler in der Fokuslage von 0,1 µm/nm, der durch die chromatische Aberration hervorgerufen wird und einem Abstand von 20 nm zwischen den Spitzen im Absorptionsspektrum des Wellenlängenmultiplex-Aufzeich­ nungsmediums 21-23 sind die Aufzeichnungsschichten so an­ geordnet, daß die Abstände d 12 und d 23 jeweils 2 µm be­ tragen.

Das in Fig. 1 gezeigte Aufzeichnungsmedium wird, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, mit Hilfe eines Motors 10 gedreht. Halbleiterlaser 61-63 und optische Detektoren 71-73, glei­ cher Anzahl, sind in dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungs­ beispiel des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsgerätes vorge­ sehen. Die Halbleiterlaser 61-63 emittieren Laserstrahlen 51-53, die mittels entsprechender Kollimatorlinsen 41-43 kollimiert werden und die, nachdem sie mit Hilfe einer Strahlzusammenführungsvorrichtung 81-83 in einen einzelnen Strahl zusammengeführt sind, zu einer Fokussierungslinse 93 geführt werden, durch die die einzelnen Laserstrahlen aufgrund der chromatischen Aberration der Linse 93 auf die entsprechenden Aufzeichnungsschichten 21-23 fokussiert werden, die Wellenlängen-Empfindlichkeiten aufweisen, wie mit Bezug auf Fig. 1 erläutert. Wie in Fig. 1 gezeigt, unterscheiden sich die Einfallswinkel der einzelnen Laserstrahlen etwas voneinander, um die Positionierung der Laserlichtflecken in der Ebene des Aufzeichnungsmediums zu differenzieren. Dies wird z.B. dadurch erreicht, daß die Neigung der Strahlzusammenführungsvorrichtungen 61-63 so justiert wird, daß die Richtungen der von den Vorrichtun­ gen reflektierten und auf die Fokussierungslinse gerichte­ teten Laserstrahlen eingestellt werden. Der von dem Auf­ zeichnungsmedium reflektierte Laserstrahl wird in Strahlen einzelner unterschiedlicher Wellenlängen mit Hilfe der Strahlteilervorrichtungen 84-86 aufgeteilt und getrennt erfaßt. In dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Strahlzusammenführungsvorrichtungen 81-83 und die Strahlaufteilungsvorrichtungen 84-86 Strahlteiler, die mit dichroitischen Spiegeln aus mehreren geschichteten Filmen versehen sind. Die Strahlzusammenführungsvorrichtung 82 überträgt das p-polarisierte Licht mit der Wellenlänge λ ₁ (d.d. linearpolarisiert in Zeichenebene) und reflektiert das p-polarisierte Licht 52 mit der Wellenlänge λ ₂. Die Strahlteilervorrichtung 86 reflektiert das s-polarisierte Licht 53 mit der Wellenlänge λ ₃ (d.h. das in einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene polarisierte Licht und läßt Licht der Strahlen 51 und 52 mit Wellenlängen g ₂ bzw. λ ₁, das ebenfalls s-polarisiert ist, durch. Ein polari­ sierter Strahlteiler 91 hat die Eigenschaft, p-polari­ siertes Licht durchzulassen und s-polarisiertes Licht in dem gesamten Wellenlängenbereich zwischen λ ₁ und λ ₃ zu reflektieren. Ein Wellenlängenplättchen 92 dient als Viertelwellenlängenplättchen bei einer Mittenwellenlänge des Intervalls λ ₁-λ ₃. Somit wird das vom Aufzeichnungs­ medium 1 reflektierte Laserlicht in s-polarisiertes Licht umgewandelt und über den Polarisationsstrahlteiler 91 auf die optischen Detektoren 71-73 gelenkt.

Obwohl in Fig. 2 optische Erfassungssysteme, die zur auto­ matischen Fokussierung und zum automatischen Spurfolge­ steuern und andere Komponenten wie z.B. Linsenverschiebe­ vorrichtungen zur Vereinfachung der Erklärung nicht ge­ zeigt sind, sind solche Elemente als auch eine handelsüb­ liche optische Plattensteuereinheit selbstverständlich er­ forderlich, um das Gerät zu vervollständigen.

In diesem Zusammenhang taucht die Frage auf, was für ein Laserstrahl welcher Wellenlänge verwendet werden sollte, um die systematische Abweichung der Brennweite und die Abweichung in der Spurfolge zu erfassen. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Aufzeichnungsmedium mit einem Querschnitt, in dem die Reflexionsschicht 3 als Bezugsschicht zur Er­ fassung des systematischen Fehlers in der Brennweite und in der Spurfolge dient, ist es wünschenswert, den La­ serstrahl mit der Wellenlänge λ ₃ auszuwählen, zu dem die Aufzeichnungsschicht 23 gehört, die der Reflexionsschicht 3 am nächsten liegt. Das optische System zur Erfassung des systematischen Fehlers in der Brennweite und/oder das optische System zur Erfassung eines Spurfolgefehlers ist an den Laserstrahl 53 mit der Wellenlänge λ ₃ geknüpft, der mit dem Strahlteiler 86 in Fig. 2 herausgeführt wird. Ein alternativer möglicher Weg besteht darin, einen Laserstrahl zu verwenden, mit einer Wellenlänge, die zu keiner Aufzeichnungsschicht paßt, wobei dieser Laserstrahl auf die Reflexionsschicht projiziert wird und in den Strahlengang des reflektierten Lichtes ein optisches System zur Erfassung eines systematischen Fehlers in der Brennweite und/ oder ein optisches System zur Erfassung eines Spurfolgefehlers angeordnet ist bzw. sind. Es können bekannte optische Systeme zur Erfassung des Brennweitenfehlers und von Spurfolgefehlern verwendet werden, wie z.B. solche, die in den US-PSen 44 50 547 und 45 25 826 beschrieben sind.

Wie in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 erläutert wurde, können durch stabiles Positionieren von Laserstrahlen ver­ schiedener Wellenlängen auf geschichteten Aufzeichnungs­ schichten das Aufzeichnen und die Wiedergabe in jeder Wellenlänge effizient ausgeführt werden und das Aufzeich­ nen und die Wiedergabe können gleichzeitig durch ein Ar­ beiten mit allen Wellenlängen erfolgen. Insbesondere ist die Informationsübertragungsrate durch den Beitrag des Wellenlängen-Multiplexverfahrens erhöht. Für den Fall, daß die Abstände zwischen benachbarten Aufzeichnungsschichten nicht mit dem Brennweitenfehler, der durch die chromati­ sche Aberration der Linsen bewirkt wird, kompatibel sind, ist es erforderlich, die Linse zum Aufzeichnen und zur Wiedergabe für jede einzelne Wellenlänge entlang der opti­ schen Achse zu verschieben. In diesem Fall ist die Informationstransferrate die gleiche wie im Fall einer einzelnen Wellenlänge und die Effizienz des Wellenlängen- Multiplexverfahrens geht verloren.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Fig. 3A und 3B erläutert. Diese Fi­ guren zeigen die Lagebeziehung zwischen Informationsspuren 31 und den Laserlichtflecken verschiedener Wellenlängen auf dem Aufzeichnungsmedium 1. In Fig. 3A sind die Laser­ lichtflecken einzeln auf kontinuierlich verlaufenden Spu­ ren angeordnet, wohingegen gemäß Fig. 3B alle Laserlicht­ flecken mit Abstand zueinander auf einer einzigen Spur angeordnet sind. In den beiden in den Fig. 3A und 3B ge­ zeigten Fällen überlappen sich die Laserlichtflecken nicht in der Ebene des Aufzeichnungsmediums. Die Laserlicht­ flecken sind bezüglich ihrer Brennpunktposition in Querschnittsrichtung durch das Medium versetzt und jeweils auf die entsprechenden Aufzeichnungsmedien fokussiert, die die zugehörigen Wellenlängen-Empfindlichkeiten besitzen.

Das Positionieren der Laserstrahlen mit Abständen zwischen benachbarten Strahlen in der Ebene des Aufzeichnungsme­ diums, wie in den Fig. 3A und 3B gezeigt, erfolgt durch Einjustieren der Neigung der Reflexionsflächen der Strahl­ zusammenführungsvorrichtungen 81, 82 und 83 im in Fig. 2 gezeigten optischen System, so daß die Einfallsrichtungen der Laserstrahlen, die in die Fokussierungslinse 93 ein­ treten, sich leicht voneinander unterscheiden.

Das Positionieren der Laserlichtflecken wie in den Fig. 3A und 3B gezeigt, reduziert das thermische Übersprechen zwi­ schen den Aufzeichnungsschichten, was hinsichtlich der Aufzeichnung von Information durch simultanes Modulieren von Laserstrahlen verschiedener Wellenlängen von Vorteil ist. Insbesondere die Informationstransferrate wird durch das Wellenlängen-Multiplexverfahren erhöht.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, optische Wellen­ längen-Multiplexspeicher mit geschichteten Aufzeichnungs­ schichten zum Aufzeichnen und Wiedergeben von Information mit einer höheren Lichtausnutzungseffizienz für jede Auf­ zeichnungsschicht stabil und in einem Zustand geringeren Übersprechens zwischen den Aufzeichnungsschichten zu be­ treiben. Daher wird die Aufzeichnungsdichte und die Infor­ mationstransferrate des optischen Speichers durch die An­ wendung des Wellenlängen-Multiplexverfahrens signifikant erhöht.

Claims (9)

1. Im Wellenlängen-Multiplexbetrieb arbeitendes optisches Aufzeichnungsgerät mit:

• - einer Laseranordnung (6; 61, 62, 63) bestehend aus einem oder mehreren Lasern, die mehrere Laserstrahlen verschiedener Wellenlängen emittiert,
• einem optischen System (93) zum Fokussieren dieser Laserstrahlen und
• - einem optischen Aufzeichnungsmedium (1), das aus meh­ reren Aufzeichnungsschichten (21-23) mit verschiede­ nen Wellenlängen-Empfindlichkeiten besteht, so daß die Schichten selektiv durch das optische System fo­ kussierten Laserstrahlen zum Aufzeichnen oder Aus­ lesen ausgesetzt sind, wobei die Schichten mit Abständen unter benachbarten Schichten angeordnet sind, die kompatibel mit den Brennpunktsposi­ tionsdifferenzen gewählt werden, die auf die chroma­ tische Aberration des optischen Systems zurück­ zuführen ist, so daß die Laserstrahlen jeweils auf Aufzeichnungsschichten fokussiert werden, die ent­ sprechende Wellenlängen-Empfindlichkeiten besitzen.

2. Optisches Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Aufzeichnungsmedium (1) eine Licht reflektierende Schicht (3) aufweist, die als die Schicht vorgesehen ist, die von der Einfalls­ oberfläche des Laserstrahls am weitesten entfernt ist.

3. Optisches Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein reflektierter Laserstrahl, der von einem Laserstrahl abgeleitet wird, der zur Auf­ zeichnung und Wiedergabe bzw. von der Aufzeichnungs­ schicht, die der Reflexionsschicht am nächsten liegt und von der Reflexionsschicht reflektiert wird, ver­ wendet wird, um den systematischen Fehler der Brenn­ weite zu erfassen.

4. Optisches Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der reflektierte Laserstrahl ferner dazu verwendet wird, einen Spurfolgefehler zu erfassen.

5. Optisches Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserlichtquelle einen Laser­ strahl emittiert, mit einer Wellenlänge, die mit keiner der Aufzeichnungsschichten wechselwirkt, und daß dieser Laserstrahl, nach seiner Reflexion an der Reflexions­ schicht zur Erfassung des systematischen Fehlers der Brennweite verwendet wird.

6. Optisches Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der reflektierte Laserstrahl ferner zur Erfassung eines Spurfolgefehlers verwendet wird.

7. Optisches Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlen auf die Auf­ zeichnungsschichten mit entsprechenden Wellenlängen- Empfindlichkeiten fokussiert werden, ohne daß die La­ serstrahlen sich in der Ebene der Aufzeichnungs­ schichten überlappen.

8. Optisches Aufzeichnungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß keiner der Laser­ strahlen eine Wellenlänge aufweist, die mit dem Auf­ zeichnen auf bzw. dem Auslesen von der der reflektierenden Schicht (3) am nächsten liegenden Schicht kompatibel ist und dadurch, daß ein nicht mit den Aufzeichnungsschichten wechselwirkender Laserstrahl zur Erfassung eines Fokussierungsfehlers und eines Spurfolgefehlers verwendet wird.

9. Optisches Aufzeichnungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlen auf die Aufzeichnungsschichten mit entsprechenden Wel­ lenlängen-Empfindlichkeiten fokussiert werden, ohne daß die Laserstrahlen sich in Richtungen parallel zu der Ebene der optischen Aufzeichnungsschichten überlappen.