ES2299005T3 - Dispositivo de exploracion de soportes de grabacion opticos. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de exploración óptico para explorar soportes de grabación ópticos que tienen capas de información a diferentes profundidades de capa de información en el soporte, incluyendo los soportes de grabación ópticos un primer soporte (3'') de grabación óptico que tiene una capa (2'') de información a una primera profundidad d1 de capa de información, un segundo soporte (3'''') de grabación óptico que tiene una capa (2'''') de información a una segunda profundidad d2 de capa de información y un tercer soporte (3'''''') de grabación óptico que tiene una capa (2'''''') de información a una tercera profundidad d3 de capa de información, donde d3<d2<d1, incluyendo el dispositivo de exploración un sistema (7) de fuente de radiación para producir un primer (4''), un segundo (4'''') y un tercer haz (4'''''') de radiación, para explorar dicho primer (3''), segundo (3'''') y tercer soporte (3'''''') de grabación, respectivamente, incluyendo el dispositivo una estructura (48) de difracción que introduce una primera, segunda y tercera modificación de frente de onda diferente en al menos parte del primer, segundo y tercer haz de radiación, respectivamente, estando dispuesta la estructura de difracción para funcionar a órdenes m1, m2, m3 de difracción seleccionados para el primer, segundo y tercer haz de radiación, respectivamente, caracterizado porque la estructura de difracción está dispuesta de tal manera que se cumple la relación siguiente: y dicha componente de difracción de dicha primera modificación de frente de onda es una componente de difracción de un orden positivo y dicha componente de difracción de dicha tercera modificación de frente de onda es una componente de difracción de un orden negativo.
Description
Dispositivo de exploración de soportes de
grabación ópticos.
La presente invención se refiere a un
dispositivo de exploración óptico para explorar soportes de
grabación ópticos que tienen capas de información a diferentes
profundidades de capa de información.
\vskip1.000000\baselineskip
El campo del almacenamiento de datos utilizando
soportes de grabación ópticos es actualmente un área de tecnología
muy investigada. Existen muchos formatos de soporte de grabación
ópticos de este tipo que incluyen los discos compactos (CD), discos
versátiles digitales convencionales (DVD) y discos
Blu-ray (BD). Estos formatos están disponibles en
diferentes tipos que incluyen versiones de sólo lectura
(CD-ROM/DVD-ROM/BD-ROM),
versiones grabables
(CD-R/DVD-R/BD-R),
versiones regrabables
(CD-RW/DVD-RW/BD-RE)
y versiones de audio (CD-A). Para explorar los
diferentes formatos de soporte de grabación óptico es necesario
utilizar un haz de radiación que tenga una longitud de onda
diferente. Esta longitud de onda es de aproximadamente 780 nm para
explorar un CD, aproximadamente de 650 nm para explorar un DVD y de
aproximadamente 405 nm para explorar un BD.
Diferentes formatos de disco óptico pueden
almacenar diferentes cantidades máximas de datos. Esta cantidad
máxima está relacionada con la longitud de onda del haz de radiación
que es necesaria para explorar el disco y una abertura numérica
(NA) de la lente de objetivo. La exploración puede incluir leer y/o
escribir datos en el disco.
Los datos en un disco óptico se almacenan en una
capa de información. La capa de información del disco está
protegida por una capa de recubrimiento que tiene un grosor
predeterminado. Los diferentes formatos de disco óptico tienen un
grosor diferente de la capa de recubrimiento, por ejemplo el grosor
de la capa de recubrimiento del CD es de aproximadamente 1,2 mm,
del DVD es de aproximadamente 0,6 mm y del BD de aproximadamente 0,1
mm. Cuando se explora un disco óptico de un cierto formato, el haz
de radiación se enfoca a un punto sobre la capa de información. A
medida que el haz de radiación pasa a través de la capa de
recubrimiento del disco se introduce una aberración esférica en el
haz de radiación. Una cantidad de aberración esférica introducida
depende del grosor de la capa de recubrimiento y la longitud de onda
del haz de radiación. Antes de alcanzar la capa de recubrimiento
del disco, el haz de radiación necesita tener ya una cierta
aberración esférica de manera que en combinación con la aberración
esférica introducida por la capa de recubrimiento, el haz de
radiación pueda enfocarse correctamente sobre la capa de
información del disco. Para explorar diferentes discos con
diferentes grosores de capa de recubrimiento, el haz de radiación
necesita tener una aberración esférica diferente antes de alcanzar
la capa de recubrimiento. Esto garantiza el enfoque correcto del haz
de radiación sobre la capa de información.
Es deseable tener un dispositivo óptico que
pueda explorar muchos formatos diferentes de disco, por ejemplo CD,
DVD y BD. Tales dispositivos son a menudo relativamente difíciles de
diseñar. Esto se debe en parte a que los diferentes grosores de
capa de recubrimiento requieren una aberración esférica diferente
del haz de radiación apropiado antes de alcanzar la capa de
recubrimiento. Tales dispositivos de exploración de múltiples
formatos de disco incluyen a menudo un conjunto de muchos elementos
ópticos diferentes que son específicos individualmente para la
exploración de sólo un disco óptico. A menudo esto hace que tales
dispositivos sean relativamente complejos y en consecuencia
voluminosos y caros.
La solicitud de patente internacional WO
03/060891 describe un dispositivo de exploración óptico para
explorar una capa de información de tres soportes de grabación
ópticos diferentes utilizando, respectivamente, tres haces de
radiación diferentes. Cada haz de radiación tiene una polarización y
una longitud de onda diferente. El dispositivo comprende una lente
de objetivo que tiene una parte difrangente que comprende material
birrefringente. La parte difrangente difracta los haces de
radiación de manera que el haz con la longitud de onda más corta
tiene un módulo 2\pi de cambio de fase introducido de
sustancialmente cero para la longitud de onda más corta. La parte
difrangente difracta al menos uno de los otros haces de radiación a
un primer orden positivo.
La solicitud de patente internacional WO
03/060892 describe un dispositivo de exploración óptico para
explorar una capa de información de tres soportes de grabación
ópticos diferentes utilizando, respectivamente, tres haces de
radiación diferentes. Cada haz de radiación tiene una polarización y
una longitud de onda diferente. El dispositivo comprende una lente
de objetivo y una estructura de fase para compensar una aberración
del frente de onda de uno o dos de los haces de radiación. La
estructura de fase comprende material birrefringente y tiene un
perfil escalonado no periódico.
La patente estadounidense US 6687037 describe un
dispositivo de exploración óptico para explorar soportes de
grabación ópticos con haces de radiación de dos longitudes de onda
diferentes. El dispositivo comprende una lente de objetivo y un
elemento difrangente que tiene un perfil escalonado que se aproxima
a una red de difracción glaseada. El elemento difrangente
selecciona un orden de difracción de cero para el haz de radiación
de la longitud de onda más corta, y selecciona un primer orden para
el otro haz de radiación.
La solicitud de patente internacional WO
02/41307 describe un sistema de lente para su uso en un dispositivo
de exploración óptico. En este sistema, se utiliza un haz de
radiación para explorar una capa de información de un soporte de
grabación óptico. Una lente del sistema tiene tanto una red
difrangente como una estructura de fase con un perfil escalonado no
periódico. Esta lente reduce una sensibilidad del sistema de lente a
variaciones en la longitud de onda del haz de radiación y a
variaciones de la temperatura ambiental.
El documento
US-A-2004/0047269, que se utiliza
para la delimitación de forma en dos partes, describe un dispositivo
de exploración óptico para explorar una capa de información de tres
soportes de grabación ópticos diferentes utilizando,
respectivamente, tres haces de radiación diferentes. Los haces se
tratan mediante un dispositivo de red de difracción óptica en el
que se utilizan las componentes de un orden de difracción de cero y
positivo de los diferentes haces para la captación.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar un dispositivo de exploración óptico eficaz para
explorar soportes de grabación ópticos que tengan al menos tres
profundidades de capa de información diferentes, con haces de
radiación de diferentes longitudes de onda.
Según un aspecto de la presente invención, se
proporciona un dispositivo de exploración óptico para explorar
soportes de grabación ópticos que tengan capas de información a
diferentes profundidades de capa de información en el soporte,
incluyendo los soportes de grabación ópticos un primer soporte de
grabación óptico que tiene una capa de información a una primera
profundidad d_{1} de capa de información, un segundo
soporte de grabación óptico que tiene una capa de información a una
segunda profundidad d_{2} de capa de información y un
tercer soporte de grabación óptico que tiene una capa de información
a una tercera profundidad d_{3} de capa de información,
donde d_{3}<d_{2}<d_{1},
incluyendo el dispositivo de exploración un
sistema de fuente de radiación para producir un primer, un segundo
y un tercer haz de radiación para explorar dicho primer, segundo y
tercer soporte de grabación, respectivamente, incluyendo el
dispositivo una estructura de difracción que introduce una primera,
segunda y tercera modificación de frente de onda diferente en al
menos parte del primer, segundo y tercer haz de radiación,
respectivamente,
estando dispuesta la estructura de difracción
para funcionar a órdenes m_{1}, m_{2}, m_{3} de
difracción seleccionados para el primer, segundo y tercer haz de
radiación, respectivamente,
caracterizado porque la estructura de difracción
está dispuesta de manera que cumple la relación siguiente:
y dicha componente de difracción de
dicha primera modificación de frente de onda es una componente de
difracción de un orden positivo y dicha componente de difracción de
dicha tercera modificación de frente de onda es una componente de
difracción de un orden
negativo.
Disponiendo la estructura de difracción según la
relación anterior, se proporciona un dispositivo de exploración
óptico que puede explorar la capa de información del primer, segundo
y tercer soporte de grabación óptico de manera eficaz con haces de
radiación de diferentes longitudes de onda.
A diferencia de los dispositivos de exploración
ópticos de la técnica anterior para explorar tres formatos de disco
óptico diferentes, la estructura de difracción de la presente
invención no necesita fabricarse de un material birrefringente.
Esto proporciona una simplicidad relativa y un coste relativamente
bajo de fabricación para el dispositivo de exploración óptico.
No es necesario que uno o más de los haces de
radiación tengan una polarización predefinida. Esto se suma a la
simplicidad y al coste relativamente bajo de fabricación. Además,
como el dispositivo de exploración óptico no requiere polarización
de los haces de radiación para explorar los diferentes soportes de
grabación ópticos, la polarización de los haces de radiación puede
utilizarse en una configuración diferente del dispositivo de
exploración óptico. Por tanto, se dota al dispositivo de exploración
óptico de un grado adicional de libertad de diseño.
Preferiblemente, el dispositivo de exploración
óptico comprende una estructura de adaptación dispuesta para
introducir una componente de adaptación de no difracción en cada haz
de radiación, en el que la componente de adaptación de no
difracción está dispuesta para compensar al menos parcialmente la
aberración esférica.
Preferiblemente, el dispositivo de exploración
óptico tiene un eje óptico y comprende una estructura de fase no
periódica dispuesta para introducir una componente de fase no
periódica en cada haz de radiación, en el que dicha estructura de
fase no periódica comprende una pluralidad de zonas radiales
dispuestas de manera concéntrica alrededor de dicho eje óptico y
tiene un perfil no periódico.
Al estar dispuesta la estructura de fase no
periódica para introducir la componente de fase no periódica en
cada haz de radiación, en vez de en sólo ciertos haces de radiación,
se simplifica adicionalmente el diseño del dispositivo de
exploración óptico.
Según otro aspecto de la presente invención, se
proporciona un sistema óptico para introducir una primera, segunda
y tercera modificación de frente de onda diferente en al menos parte
del primer, segundo y tercer haz de radiación, respectivamente,
teniendo cada uno de dichos haces de radiación
una longitud de onda predeterminada diferente, siendo la longitud
de onda de dicho tercer haz de radiación más corta que la longitud
de onda tanto de dicho primer como de dicho segundo haz de
radiación,
en el que dicho sistema óptico comprende una
estructura de difracción que tiene un perfil que varía en escalones
que están dispuestos para proporcionar componentes de difracción
seleccionadas en dichas modificaciones de frente de onda, siendo la
componente de difracción seleccionada de dicha primera modificación
de frente de onda una componente de difracción de un orden
diferente de cero,
caracterizado porque:
i) la estructura de difracción está dispuesta de
manera que la componente de difracción seleccionada de dicha
tercera modificación de frente de onda es una componente de
difracción de un orden diferente de cero; y porque
ii) los escalones del perfil de la estructura de
difracción están dispuestos para introducir en dicho segundo haz de
radiación cambios de fase, siendo cada cambio de fase, módulo
2\pi, sustancialmente igual a cualquier otro cambio de fase,
iii) y dicha componente de difracción de dicha
primera modificación de frente de onda es una componente de
difracción de un orden positivo y dicha componente de difracción de
dicha tercera modificación de frente de onda es una componente de
difracción de un orden negativo.
\vskip1.000000\baselineskip
Para el segundo haz de radiación, un valor de
cambio de fase promedio, módulo 2\pi, puede determinarse tomando
un promedio de los cambios de fase a través de todos los escalones
de la estructura de difracción. Una diferencia entre cada cambio de
fase y el valor de cambio de fase promedio, módulo 2\pi, es
sustancialmente cero. Debería entenderse que, preferiblemente, cada
diferencia es menor que 0,2(2\pi) con respecto al valor,
más preferiblemente, la diferencia es menor que 0,1(2\pi)
con respecto al valor y aún más preferiblemente, la diferencia es
menor que 0,05(2\pi) con respecto al valor. De esta
manera, la estructura de difracción está dispuesta de tal manera
que la estructura de difracción es sustancialmente "invisible"
al segundo haz de radiación.
Normalmente, en los sistemas ópticos conocidos
adaptados para su uso con haces múltiples de diferentes longitudes
de onda utilizando una estructura de difracción con un perfil
escalonado, el sistema óptico se diseña para optimizarse para el
haz con la longitud de onda más corta y de manera que la estructura
de difracción sea sustancialmente "invisible" al haz con la
longitud de onda más corta, debido a que a esta longitud de onda se
aplican las tolerancias más estrictas. Sin embargo, en la presente
invención éste no es el caso, y además en realizaciones de la
invención, aún se proporciona una estructura de difracción eficaz,
que es de un diseño relativamente simple y puede fabricarse por
tanto de una manera relativamente sencilla. Esto proporciona un
dispositivo de exploración óptico relativamente eficaz, de un coste
además relativamente bajo.
Según otro aspecto de la presente invención, se
proporciona un sistema óptico para introducir una primera, segunda
y tercera modificación de frente de onda diferente en al menos parte
del primer, segundo y tercer haz de radiación, respectivamente,
teniendo cada uno de dichos haces de radiación
una longitud de onda predeterminada diferente, siendo la longitud
de onda de dicho tercer haz de radiación más corta que la longitud
de onda tanto de dicho primer como de dicho segundo haz de
radiación,
en el que dicho sistema óptico comprende una
estructura de difracción que tiene un perfil que varía en escalones
que están dispuestos para proporcionar componentes de difracción
seleccionadas en dichas modificaciones de frente de onda, siendo la
componente de difracción seleccionada de dicha primera modificación
de frente de onda una componente de difracción de un orden
diferente de cero,
caracterizado porque:
i) la estructura de difracción está dispuesta de
manera que la componente de difracción seleccionada de dicha
tercera modificación de frente de onda es una componente de
difracción de un orden diferente de cero; y porque
ii) los escalones del perfil de la estructura de
difracción están dispuestos de manera que la componente de
difracción seleccionada de dicha segunda modificación de frente de
onda es una componente diferente de un orden de cero,
iii) y dicha componente de difracción de dicha
primera modificación de frente de onda es una componente de
difracción de un orden positivo y dicha componente de difracción de
dicha tercera modificación de frente de onda es una componente de
difracción de un orden negativo.
Normalmente, en los sistemas ópticos conocidos
adaptados para su uso con haces múltiples de diferentes longitudes
de onda utilizando una estructura de difracción con un perfil
escalonado, el sistema óptico se diseña para optimizarse para el
haz con la longitud de onda más corta y de manera que la estructura
de difracción sea sustancialmente "invisible" al haz de la
longitud de onda más corta y por tanto, que una componente de
difracción de un orden de cero se use para la longitud de onda más
corta, debido a que a esta longitud de onda se aplican las
tolerancias más estrictas. Sin embargo, en la presente invención
éste no es el caso, y además en realizaciones de la invención, aún
se proporciona una estructura de difracción eficaz, que es de un
diseño relativamente simple y puede fabricarse por tanto de una
manera relativamente sencilla. Esto proporciona un dispositivo de
exploración óptico relativamente eficaz, de un coste además
relativamente bajo.
Características y ventajas adicionales de la
invención resultarán evidentes a partir de la descripción siguiente
de realizaciones preferidas de la invención, dadas sólo a modo de
ejemplo, que se realiza con referencia a los dibujos
acompañantes.
La figura 1 muestra esquemáticamente un
dispositivo de exploración óptico según una realización de la
presente invención;
la figura 2 muestra esquemáticamente un sistema
óptico del dispositivo de exploración óptico según una realización
de la presente invención;
la figura 3 muestra esquemáticamente una
estructura de adaptación según una realización de la presente
invención;
la figura 4 muestra esquemáticamente una
estructura de difracción según una realización de la presente
invención;
la figura 5 muestra un gráfico de una función de
fase de la estructura de difracción según una realización de la
presente invención;
la figura 6, muestra esquemáticamente un retardo
de fase proporcionado por la estructura de difracción para
diferentes haces de radiación según una realización de la presente
invención;
las figuras 7, 8 y 9 muestran respectivamente
una aberración de frente de onda para parte de un haz de radiación
diferente proporcionado por estructuras del sistema óptico según una
realización de la presente invención;
la figura 10 muestra esquemáticamente un perfil
de una estructura de adaptación combinada con una estructura de
fase no periódica según una realización de la presente
invención;
la figura 11 muestra esquemáticamente un perfil
de la estructura de adaptación combinada con la estructura de fase
no periódica, combinada con una estructura de difracción según una
realización de la presente invención;
las figuras 12, 13 y 14 muestran respectivamente
una aberración de frente de onda para parte de un haz de radiación
diferente proporcionado por estructuras del sistema óptico según una
realización de la presente invención;
las figuras 15, 16 y 17 muestran respectivamente
una aberración de frente de onda de un haz de radiación diferente
proporcionado por elementos del sistema óptico según una realización
de la presente invención.
La figura 1 muestra esquemáticamente un
dispositivo de exploración óptico para explorar un primer, segundo
y tercer soporte de grabación óptico con un primer, segundo y tercer
haz de radiación diferente, respectivamente. Se ilustra el primer
soporte 3' de grabación óptico y tiene una primera capa 2' de
información que se explora mediante el primer haz 4' de radiación.
El primer soporte 3' de grabación óptico incluye una capa 5' de
recubrimiento en uno de cuyos lados está dispuesta la primera capa
2' de información. El lado de la capa de información que se opone a
la capa 5' de recubrimiento está protegido frente a las influencias
del entorno mediante una capa 6' protectora. La capa 5' de
recubrimiento actúa como un sustrato para el primer soporte 3' de
grabación óptico proporcionando un soporte mecánico para la primera
capa 2' de información. Alternativamente, la capa 5' de
recubrimiento puede tener la única función de proteger la primera
capa 2' de información, mientras que el soporte mecánico está
proporcionado por una capa en el otro lado de la primera capa 2' de
información, por ejemplo mediante la capa 6' protectora o mediante
una capa de información y capa de recubrimiento adicionales
conectadas a la capa de información más superior. La primera capa 2'
de información tiene una primera profundidad d_{1} de capa
de información que corresponde al grosor de la capa 5' de
recubrimiento. El segundo 3'' y el tercer soporte 3''' de grabación
óptico tienen una segunda d_{2} y una tercera profundidad
d_{3} de capa de información diferente, respectivamente,
que corresponden al grosor de la capa 5'', 5''' de recubrimiento
del segundo 3'' y el tercer soporte 3''' de grabación óptico,
respectivamente. La tercera profundidad d_{3} de capa de
información es menor que la segunda profundidad d_{2} de
capa de información que es menor que la primera profundidad
d_{1} de capa de información, es decir
d3<d2<d1. La primera capa 2' de
información es una superficie del primer soporte 3' de grabación
óptico. De forma similar, la segunda 2'' y la tercera capa 2''' de
información son superficies del segundo 3'' y el tercer soporte 3'''
de grabación óptico. Esa superficie contiene al menos una pista, es
decir una trayectoria a seguir por el punto de una radiación
enfocada, trayectoria sobre la que están dispuestas marcas que
pueden leerse ópticamente para representar información. Las marcas
pueden estar, por ejemplo, en forma de pozos o áreas con un
coeficiente de reflexión o una dirección de magnetización diferente
de lo circundante. En el caso en que el primer soporte 3' de
grabación óptico tiene la forma de un disco, se define lo siguiente
con respecto a una pista dada: la "dirección radial" es la
dirección de un eje de referencia, el eje X, entre la pista y el
centro del disco y la "dirección tangencial" es la dirección
de otro eje, el eje Y, que es tangencial a la pista y perpendicular
al eje X. En esta realización, el primer soporte 3' de grabación
óptico es un disco compacto (CD) y la primera profundidad
d_{1} de capa de información es de aproximadamente 1,2 mm,
el segundo soporte 3'' de grabación óptico es un disco versátil
digital (DVD) convencional y la segunda profundidad d_{2}
de capa de información es de aproximadamente 0,6 mm, y el tercer
soporte 3''' de grabación óptico es un disco
blu-ray^{TM} (BD) y la tercera profundidad
d_{3} de capa de información es de aproximadamente 0,1
mm.
Tal como muestra la figura 1, el dispositivo 1
de exploración óptico tiene un eje OA óptico e incluye un sistema 7
de fuente de radiación, una lente 18 de colimador, un divisor 9 de
haz, un sistema 8 óptico y un sistema 10 de detección. Además, el
dispositivo 1 de exploración óptico incluye un servocircuito 11, un
accionador 12 de enfoque, un accionador 13 radial y una unidad 14
de procesamiento de información para la corrección de errores.
El sistema 7 de fuente de radiación está
dispuesto para producir consecutiva o simultáneamente el primer haz
4' de radiación, el segundo haz 4'' de radiación y/o el tercer haz
4''' de radiación diferente (no mostrado en la figura 1). Por
ejemplo, la fuente 7 de radiación puede comprender o bien un láser
semiconductor ajustable para suministrar consecutivamente los haces
4', 4'', 4''' de radiación o tres láseres semiconductores para
suministrar simultánea o consecutivamente estos haces de radiación.
El primer haz 4' de radiación tiene una primera longitud
\lambda_{1} de onda predeterminada, el segundo haz 4'' de
radiación tiene una segunda longitud \lambda_{2} de onda
predeterminada diferente, y el tercer haz 4''' de radiación tiene
una tercera longitud \lambda_{3} de onda predeterminada
diferente. En esta realización la tercera longitud \lambda_{3}
de onda es más corta que la segunda longitud \lambda_{2} de
onda. La segunda longitud \lambda_{2} de onda es más corta que
la primera longitud \lambda_{1} de onda. En esta realización, la
primera \lambda_{1}, segunda \lambda_{2} y tercera longitud
\lambda_{3} de onda, respectivamente, están en el intervalo de
aproximadamente 770 a 810 nm para \lambda_{1}, 640 a 680 nm para
\lambda_{2}, 400 a 420 nm para \lambda_{3} y de manera
preferible, aproximadamente 785 nm, 650 nm y 405 nm,
respectivamente. El primer, segundo y tercer haz de radiación
tienen una abertura numérica (NA) de aproximadamente 0,5, 0,65 y
0,85 respectivamente.
La lente 18 de colimador está dispuesta en el
eje OA óptico para transformar el primer haz 4' de radiación en un
primer haz 20' sustancialmente colimado. De forma similar,
transforma el segundo 4'' y el tercer haz 4''' de radiación en un
segundo haz 20'' sustancialmente colimado y en un tercer haz 20'''
sustancialmente colimado (no ilustrado en la figura 1).
El divisor 9 de haz está dispuesto para
transmitir el primer 20', el segundo 20'' y el tercer haz 20''' de
radiación colimado hacia el sistema 8 óptico. Preferiblemente, el
divisor 9 de haz está formado con una placa paralela plana que está
inclinada en un ángulo \alpha con respecto al eje OA óptico y,
preferiblemente, \alpha = 45º.
El sistema 8 óptico está dispuesto para enfocar
el primer 20', el segundo 20'' y el tercer haz 20''' de radiación
colimados a un punto focal deseado en el primer 3', segundo 3'' y
tercer soporte 3''' de grabación óptico, respectivamente. El punto
focal deseado para el primer 20', el segundo 20'' y el tercer haz
20''' de radiación es un primer 16', segundo 16'' y tercer punto
16''' de exploración, respectivamente. Cada punto de exploración
corresponde a una posición en la capa 2', 2'', 2''' de información
del soporte de grabación óptico apropiado. Preferiblemente, cada
punto de exploración está sustancialmente limitado con respecto a la
difracción y tiene una aberración de frente de onda que es menor
que 70 m\lambda.
Durante la exploración, el primer soporte 3' de
grabación óptica rota en un eje de rotación (no ilustrado en la
figura 1) y a continuación se explora la primera capa 2' de
información a través de la capa 5' de recubrimiento. El primer haz
20' de radiación enfocado se refleja sobre la primera capa 2' de
información, formando así un primer haz de radiación reflejado que
vuelve en la trayectoria óptica del primer haz de radiación enfocado
convergente hacia delante proporcionado por el sistema 8 óptico. El
sistema 8 óptico transforma el primer haz de radiación reflejado en
un primer haz 22' de radiación colimado reflejado. El divisor 9 de
haz separa el primer haz 20' de radiación hacia delante del primer
haz 22' de radiación reflejado transmitiendo al menos una parte del
primer haz 22' de radiación reflejado hacia el sistema 10 de
detección.
El sistema 10 de detección incluye una lente 25
convergente y un detector 23 de cuadrante que están dispuestos para
capturar dicha parte del primer haz 22' de radiación reflejado y
convertirla en una o más señales eléctricas. Una de las señales es
una señal I_{datos} de información, cuyo valor representa la
información explorada en la capa 2' de información. La señal
I_{datos} de información se procesa mediante la unidad 14 de
procesamiento de información para la corrección de errores. Otras
señales del sistema 10 de detección son una señal I_{enfoque} de
error de enfoque y una señal I_{radial} de error de seguimiento de
pista radial. La señal I_{enfoque} representa la diferencia axial
en altura a lo largo del eje OA óptico entre el primer punto 16' de
exploración y la posición de la primera capa 2' de información.
Preferiblemente, esta señal se forma por el "método
astigmático" que se conoce, entre otros, por el libro de G.
Bouwhuis, J. Braat, A. Huijser et al., titulado "Principles
of Optical Disc Systems", págs. 75-80 (Adam
Hilger 1985) (ISBN
0-85274-785-3). No
se ilustra un dispositivo para crear un astigmatismo según este
método de enfoque. La señal I_{radial} de error de seguimiento de
pista radial representa la distancia en el plano XY de la primera
capa 2' de información entre el primer punto 16' de exploración y
el centro de una pista en la capa 2' de información que ha de seguir
el primer punto 16' de exploración. Preferiblemente, esta señal se
forma a partir del "método push-pull radial"
que se conoce por, entre otros, el libro de G. Bouwhuis, págs.
70-73.
El servocircuito 11 está dispuesto para, en
respuesta a las señales I_{enfoque} e I_{radial}, proporcionar
señales I_{control} de servocontrol para controlar el accionador
12 de enfoque y el accionador 13 radial, respectivamente. El
accionador 12 de enfoque controla la posición de una lente del
sistema 8 óptico a lo largo del eje OA óptico, controlando así la
posición del primer punto 16' de exploración de manera que coincide
sustancialmente con el plano de la primera capa 2' de información.
El accionador 13 radial controla la posición de la lente del
sistema 8 óptico a lo largo del eje X, controlando así la posición
radial del primer punto 16' de exploración de manera que coincide
sustancialmente con la línea central de la pista que ha de seguirse
en la primera capa 2' de información.
La figura 2 muestra esquemáticamente el sistema
8 óptico del dispositivo de exploración óptico. El sistema 8
óptico, según una realización de la presente invención, está
dispuesto para introducir una primera WM_{1}, segunda WM_{2} y
una tercera modificación WM_{3} de frente de onda diferente en al
menos parte del primer 20', segundo 20'' y tercer haz 20''' de
radiación, respectivamente. Cada una de las modificaciones WM_{1},
WM_{2} y WM_{3} de frente de onda comprende una componente de
difracción y componentes de modificación de frente de onda de al
menos una de una componente de adaptación de no difracción, una
componente de fase no periódica y una segunda componente de fase no
periódica.
El sistema 8 óptico incluye una placa 30 de
compatibilidad, en este ejemplo formada preferiblemente de COC que
es un copolímero de cicloolefina, y una lente 32 dispuestas las dos
en el eje OA óptico. La lente 32 es una lente de objetivo y tiene
una cara esférica que se opone al soporte de grabación óptico. La
lente 32 está formada, en este ejemplo, de vidrio. La lente 32,
cuando funciona sin la placa 30 de compatibilidad, está dispuesta
para enfocar un haz de radiación colimado que tiene aproximadamente
la tercera longitud \lambda_{3} de onda y una abertura numérica
(NA) de aproximadamente 0,85 a través de una capa de recubrimiento
que tiene la tercera profundidad d_{3} de capa de información de
aproximadamente 0,1 mm al tercer punto 16''' de exploración.
La figura 3 muestra esquemáticamente la placa 30
de compatibilidad que tiene una primera NA 34, una segunda NA 36 y
una tercera NA 38, diferente. La primera 34, segunda 36 y tercera NA
38 son de aproximadamente 0,5, 0,65 y 0,85, respectivamente y
corresponden a la NA del primer 4', segundo 4'' y tercer haz 4''' de
radiación. La primera 34, segunda 36 y tercera NA 38 tienen
respectivamente una extensión radial del eje OA óptico que son,
respectivamente, de aproximadamente 1,18 mm, 1,5 mm y 2,0 mm. La
placa 30 de compatibilidad tiene una cara plana que se orienta en
una dirección a lo largo del eje OA óptico hacia el soporte de
grabación óptico. En un lado opuesto a la cara plana, oponiéndose
en una dirección a lo largo del eje OA óptico del soporte de
grabación óptico, la placa 30 de compatibilidad incluye una
estructura 40 de adaptación. Una región 42 anular está situada
entre la tercera NA 38 y la segunda NA 36 y es plana. La estructura
40 de adaptación tiene la segunda NA 36 y está situada a un nivel
diferente de la placa 30 de compatibilidad en relación a la región
42 anular. En un límite entre la región 42 anular y la estructura 40
de adaptación hay una pared 44. Dentro de una región descrita por
la pared 44, la estructura 40 de adaptación proporciona una cara 46
que es sustancialmente esférica. Una curvatura de la cara 46 está
dispuesta para introducir una componente de adaptación de no
difracción en la primera WM_{1}, segunda WM_{2} y tercera
modificación WM_{3} de frente de onda. La componente de
adaptación de no difracción está dispuesta para compensar al menos
parcialmente la aberración esférica introducida en cada haz de
radiación por las capas de recubrimiento respectivas. La estructura
40 de adaptación está dispuesta de manera que un haz de radiación
colimado que tiene aproximadamente la segunda longitud
\lambda_{2} de onda y la segunda NA 36 se enfoca a través de
una capa de recubrimiento que tiene la segunda profundidad d_{2}
de capa de información de aproximadamente 0,6 mm a un segundo punto
16'' de exploración sustancialmente optimizado por la estructura 40
de adaptación y la lente 32.
La figura 4 muestra esquemáticamente una
estructura de difracción del dispositivo de exploración óptico. La
estructura de difracción es una red 48 de difracción que tiene una
NA de la primera NA 34. La red 48 de difracción comprende una
pluralidad de salientes 50 anulares dispuestos de manera concéntrica
alrededor del eje OA óptico. Un límite 51 está situado entre cada
saliente 50 anular. Cada saliente 50 anular tiene un perfil
escalonado e incluye una pluralidad de escalones que tienen
diferentes alturas h. Cada saliente 50 tiene un primer
escalón 52 que tiene una primera altura h_{1} de escalón,
un segundo escalón 54 que tiene una segunda altura h_{2}
de escalón y un tercer escalón 56 que tiene una tercera altura
h_{3} de escalón. El primer escalón 52, el segundo escalón
54 y el tercer escalón 56 tienen una primera w_{1}, segunda
w_{2} y una tercera anchura w_{3}. La primera
h_{1}, segunda h_{2} y tercera altura
h_{3} de escalón están dispuestas para introducir una
componente de difracción en la primera WM_{1}, la segunda
WM_{2} y la tercera modificación WM_{3} de frente de onda. La
componente de difracción introducida por la red 48 de difracción
está descrita por una función \phi(r) de fase en la
que r es un radio en unidades de mm de la red 48 de
difracción tomado en una dirección perpendicular al eje OA óptico.
La función \phi(r) de fase introducida por la red
48 de difracción viene dada por la relación polinomial:
En la relación anterior, A es un
coeficiente de un enfoque de la componente difrangente, G es
un coeficiente de una aberración esférica de la componente
difrangente y H es un coeficiente de una aberración esférica
de orden superior de la componente difrangente. La relación
polinomial puede incluir coeficientes adicionales de una aberración
esférica de orden superior de la componente difrangente. En esta
realización, los coeficientes A, G, H tienen un valor de
preferiblemente 40.000, -2.941 y -1.925, respectivamente. Se observa
que en diferentes realizaciones previstas de la presente invención,
en las que la lente 32 de objetivo puede ser diferente, los
coeficientes A, G, H pueden tener valores diferentes. En la ecuación
1, la relación polinomial es de un valor par porque las potencias
de ^{2},^{4},^{6}... a las que se eleva el radio r son
pares. Esto garantiza que la red 48 de difracción compense la
aberración esférica de enfoque y aberraciones esféricas de orden
superior. La función \phi(r) de fase puede
aproximarse por la relación siguiente:
La figura 5 muestra un gráfico de la función
\phi(r) de fase de la red 48 de difracción. La
función \phi(r) de fase se muestra mediante una
línea 57 de gráfico que se traza como una función de una fase
\phi en unidades de radianes en un primer eje 58 con
respecto al radio r en unidadesde mm en un segundo eje 60
que es perpendicular al primer eje 58. La función
\phi(r) de fase es una función no lineal. Con
referencia a las figuras 4 y 5, y aplicando la función
\phi(r) de fase a la red 48 de difracción tal como
se muestra esquemáticamente en la figura 4, cada límite 51 principal
entre los salientes 50 está situado a un radio r que
corresponde a un punto de la función \phi(r) de fase
en el que la fase \phi ha cambiado en aproximadamente
2\pi desde el límite principal anterior. Un límite entre el primer
escalón 52 y el segundo escalón 54 está situado en un radio
r que corresponde a un punto de la función
\phi(r) de fase en el que la fase \phi ha
cambiado en aproximadamente 2/3\pi desde el límite 51 principal
anterior, y un límite entre el segundo escalón 54 y el tercer
escalón 56 está situado en un radio r que corresponde a un
punto de la función \phi(r) de fase en el que la
fase \phi ha cambiado en aproximadamente 4/3p desde el
límite 51 principal anterior. Las posiciones de estos límites de
escalón determinan la primera w_{1}, la segunda
w_{2} y la tercera anchura w_{3}.
La componente de difracción, que tiene un orden
m de difracción, de la primera WM_{1}, segunda WM_{2} y
tercera modificación WM_{3} de frente de onda diferente viene dada
por la relación siguiente:
En la relación anterior, W es la cantidad
de fase de la componente de difracción y \lambda es la longitud
de onda del haz de radiación. La cantidad de fase de la componente
de difracción a un radio r dado es proporcional a un orden
m seleccionado de la componente de difracción. Cuando se
explora el primer soporte 3' de grabación óptico con el primer haz
20' de radiación, la red 48 de difracción está dispuesta para
funcionar a un primer orden m_{1} de difracción
seleccionado. Cuando se explora el segundo soporte 3'' de grabación
óptico con el segundo haz 20'' de radiación, la red 48 de difracción
está dispuesta para funcionar a un segundo orden m_{2} de
difracción seleccionado. Cuando se explora el tercer soporte 3''' de
grabación óptico con el tercer haz 20''' de radiación, la red 48 de
difracción está dispuesta para funcionar a un tercer orden
m_{3} de difracción seleccionado. La red 48 de difracción
está dispuesta de manera que se cumple la relación siguiente:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Más preferiblemente, la red 48 de difracción
está dispuesta de manera que se cumple la relación siguiente:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Incluso más preferiblemente, la red 48 de
difracción está dispuesta de manera que se cumple la relación
siguiente:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
En la relación de las ecuaciones 4, 5 y 6, el
término: 8 es una primera
razón entre una diferencia del segundo m_{2} y el tercer
orden m_{3} de difracción seleccionados y una diferencia
del primer m_{1} y el segundo orden m_{2}
difracción seleccionados. El término: 9
es una segunda razón entre una diferencia de la segunda
d_{2} y la tercera profundidad d_{3} de capa de
información y una diferencia de la primera d_{1} y la
segunda profundidad d_{2} de capa de información. La
primera y segunda razón son de manera preferible aproximadamente
iguales, con el fin de que la red pueda introducir una componente
que compense la aberración esférica en cada uno de los dos haces de
radiación para los que por el contrario, el sistema óptico no está
sustancialmente optimizado. Una diferencia entre la primera razón y
la segunda razón es, según la ecuación 4, de un valor mayor que -1
y menor que +1. Más preferiblemente, según la ecuación 5, esta
diferencia es de un valor mayor que -1/2 y menor que +1/2 e incluso
más preferiblemente según la ecuación 6, esta diferencia es de un
valor mayor que -1/4 y menor que +1/4.
En esta realización, el primer orden
m_{1} de difracción seleccionado de la componente de
difracción es de un orden positivo diferente de cero, +1. El
segundo orden m_{2} de difracción seleccionado de la
componente de difracción es un orden de cero ya que el sistema
óptico, en esta realización, está sustancialmente optimizado para
la segunda longitud \lambda_{2} de onda sin la necesidad de una
componente de difracción. El tercer orden m_{3} de
difracción seleccionado de la componente de difracción es un orden
negativo diferente de cero, que preferiblemente es de igual
magnitud que el primer orden de difracción seleccionado, en este
ejemplo -1.
Al sustituir los valores según esta realización
del primer m_{1}, segundo m_{2} y tercer orden
m_{3} de difracción y los valores de la primera
d_{1}, segunda d_{2} y tercera profundidad
d_{3} de capa de información en el término central de la
relación de ecuaciones (4), (5) y (6) da:
La componente de difracción de cada modificación
de frente de onda proporcionada por la red 48 de difracción incluye
una pluralidad de diferentes órdenes de difracción. La primera
h_{1}, segunda h_{2} y tercera altura
h_{3} de escalón se seleccionan de manera que la red 48 de
difracción seleccione el primer m_{1}, segundo
m_{2} y tercer orden m_{3} de difracción
seleccionado, con preferencia a los demás órdenes de difracción de
la pluralidad de diferentes órdenes de difracción.
La tabla 1 a continuación muestra la altura
aproximada de cada una de la primera h_{1}, segunda
h_{2} y tercera altura h_{3} de escalón. Cada
altura h de escalón, incluyendo la primera h_{1},
segunda h_{2} y tercera altura h_{3} de escalón se
calcula para la segunda longitud \lambda_{2} de onda según la
relación siguiente:
En la relación anterior, z es un número entero y
n_{2} es el índice de refracción, para la segunda longitud
\lambda_{2} de onda, del material de la red 48 de difracción, en
este ejemplo COC. Los cambios \phi de fase proporcionados
por cada uno de los escalones de la red 48 de difracción en la
primera WM_{1}, segunda WM_{2} y tercera modificación WM_{3}
de frente de onda pueden representarse por un primer
\phi_{1}, segundo \phi_{2} y tercer cambio
\phi_{3} de fase. El primer \phi_{1} y el
tercer cambio \phi_{3} de fase proporcionados para la
primera \lambda_{1} y la tercera longitud
\lambda_{3} de onda respectivamente, por las alturas
h de escalón, incluyendo la primera h_{1}, segunda
h_{2} y tercera altura h_{3} de escalón se
calculan según la relación siguiente:
En la relación anterior, k tiene un valor de 1 ó
3 para la primera \lambda_{1} o la tercera longitud
\lambda_{3} de onda, respectivamente, y n_{k} es
el índice de refracción del material de la red 48 de difracción, en
este ejemplo COC, para la primera \lambda_{1} o la
tercera longitud \lambda_{3} de onda.
La tabla 1 indica el valor aproximado para el
primer \phi_{1}, segundo \phi_{2} y tercer
cambio \phi_{3} de fase, módulo 2\pi dividido entre
2\pi, proporcionados por la primera h_{1}, segunda
h_{2} y tercera altura h_{3} de escalón.
\vskip1.000000\baselineskip
El primer cambio \phi_{1} de fase es
aproximadamente de (1-a+n_{\lambda 1})x2\pi donde
a es un número real que tiene un valor entre 0,0 y 1,0 y
n_{\lambda 1} es un valor entero. El segundo cambio
\phi_{2} de fase es de aproximadamente (n_{\lambda
2})x2\pi y el tercer cambio \phi_{3} de fase es de
aproximadamente (a+n_{\lambda 3})x2\pi. El segundo
cambio \phi_{2} de fase, módulo 2\pi, tiene un valor de
sustancialmente cero. El segundo cambio \phi_{2} de fase tiene un
valor de sustancialmente cero siguiendo la resta de (n_{\lambda
2})x2\pi en la que n_{\lambda 2} es un número
entero. Una eficacia máxima de la red 48 de difracción al
transmitir el primer 20', segundo 20'' y tercer haz 20''' de
radiación es de aproximadamente al menos el 60%, de manera
preferible de aproximadamente el 65% y de manera más preferible de
aproximadamente el 68%. El perfil escalonado de cada saliente 50
está dispuesto para aproximarse a un saliente de un tipo
"glaseado" de red de difracción.
La figura 6 muestra esquemáticamente un primer,
segundo y un tercer retardo de fase, módulo 2\pi, perfil 62, 64,
66 de la componente de difracción proporcionada por la red 48 de
difracción para la primera WM_{1}, segunda WM_{2} y tercera
modificación WM_{3} de frente de onda, respectivamente. Una
primera 68, segunda 70 y tercera flecha 72 de referencia indican
una longitud de una fase 2\pi para la primera \lambda_{1},
segunda \lambda_{2} y tercera longitud \lambda_{3} de onda,
respectivamente, en relación con el primer 62, segundo 64 y tercer
perfil 66 de retardo de fase, respectivamente. El primer 52, segundo
54, y tercer escalón 56 de la red 48 de difracción proporcionan
para el primer haz 20' de radiación un primer 74, segundo 76 y
tercer escalón 78 de fase, respectivamente, para el primer perfil 62
de retardo de fase. Una primera línea 80 de ángulo de "blaze"
indica un ángulo de un blaze de cada saliente de un tipo
"glaseado" de red de difracción que se aproxima por cada
saliente 50 de la red 48 de difracción de la presente invención para
el primer haz 20' de radiación. Este ángulo aproximado por los
escalones de cada saliente permite que la red 48 de difracción
seleccione el primer orden m_{1} de difracción para el
primer haz 20' de radiación.
El primer 52, segundo 54 y tercer escalón 56 de
la red 48 de difracción proporcionan para el segundo haz 20'' de
radiación un primer 82, segundo 84 y tercer escalón 86 de fase,
respectivamente, para el segundo perfil 64 de retardo de fase. La
primera h_{1}, segunda h_{2} y tercera altura
h_{3} de escalón permiten que la red 48 de difracción
seleccione el segundo orden m_{2} de difracción para el
segundo haz 20'' de radiación.
El primer 52, segundo 54 y tercer escalón 56 de
la red 48 de difracción proporcionan para el tercer haz 20''' de
radiación un primer 88, segundo 90 y tercer escalón 92 de fase,
respectivamente, para el tercer perfil 66 de retardo de fase. Una
línea 94 de ángulo de blaze diferente indica un ángulo de un blaze
de cada saliente de un tipo "glaseado" de red de difracción
que se aproxima por cada saliente 50 de la red 48 de difracción de
la presente invención para el tercer haz 20''' de radiación. Este
ángulo aproximado por los escalones de cada saliente permite que la
red 48 de difracción seleccione el tercer orden m_{3} de
difracción para el tercer haz 20''' de radiación.
La red 48 de difracción se combina con la
estructura 40 de adaptación. La figura 7 muestra una primera
aberración 96 de frente de onda resultante del tercer haz 20''' de
radiación que se forma a partir de la componente de difracción
combinada con la componente de adaptación de no difracción en la
primera NA 34. La primera aberración 96 de frente de onda
resultante del tercer haz 20''' de radiación se traza en un primer
eje 98 con respecto a un segundo eje 100 que es perpendicular al
primer eje 98. El primer eje 98 indica una diferencia de trayectoria
óptica de la aberración de frente de onda en ondas y el segundo eje
100 indica un radio r en unidades de mm tomado en una
dirección perpendicular al eje OA óptico. La diferencia OPD de
trayectoria óptica, en este ejemplo, está definida como una
diferencia tomada entre una trayectoria óptica de un rayo del haz de
radiación que entra en la pupila del sistema óptico a un radio
r de 0 y la trayectoria óptica de un rayo del haz de
radiación que entra en la pupila a un radio r con un valor
que no es 0. Una diferencia de trayectoria óptica máxima de la
primera aberración 96 de frente de onda resultante del tercer haz
20''' de radiación es de aproximadamente -55 m\lambda.
La figura 8 muestra una primera aberración 104
de frente de onda resultante del segundo haz 20'' de radiación que
se forma a partir de la componente de difracción combinada con la
componente de adaptación de no difracción en la primera NA 34. La
primera aberración 104 de frente de onda resultante del segundo haz
20'' de radiación se traza en el primer eje 98 con respecto al
segundo eje 100. Una diferencia de trayectoria óptica máxima de la
primera aberración 104 de frente de onda resultante del segundo haz
20'' de radiación es de aproximadamente +138 m\lambda.
La figura 9 muestra una primera aberración 106
de frente de onda resultante del primer haz 20' de radiación que se
forma a partir de la componente de difracción combinada con la
componente de adaptación de no difracción en la primera NA 34. La
primera aberración 106 de frente de onda resultante del primer haz
20' de radiación se traza en el primer eje 98 con respecto al
segundo eje 100. Una diferencia de trayectoria óptica máxima de la
primera aberración 106 de frente de onda resultante del primer haz
20' de radiación es de aproximadamente -55 m\lambda.
La figura 10 muestra esquemáticamente un perfil
107 de la estructura 40 de adaptación cuando se combina con una
estructura de fase no periódica según esta realización. La
estructura de fase no periódica se dispone en la cara 46 esférica.
El perfil se traza en un cuarto eje 110 con respecto a un quinto eje
112 que es perpendicular al cuarto eje 110. La primera 34 y segunda
NA 36 que tienen diferentes extensiones radiales del eje OA óptico
se indican en la figura 10. El cuarto eje 110 indica un descenso en
unidades de mm de la estructura de fase no periódica combinada y la
estructura 40 de adaptación. El quinto eje 112 indica el radio
r en unidades de mm de la estructura de fase no periódica
combinada y la estructura 40 de adaptación. Se indica la pared 44
de la estructura 40 de adaptación. La estructura de fase no
periódica tiene una NA de la primera NA 34.
La estructura de fase no periódica comprende una
pluralidad de zonas radiales que están dispuestas de manera
concéntrica alrededor del eje OA óptico. La pluralidad de zonas
radiales incluye una primera zona 114 radial, una segunda zona 116
radial y una tercera zona 118 radial. Un límite entre la primera
zona 114 radial y la segunda zona 116 radial está situado a un
radio r de aproximadamente 0,60 mm. Un límite entre la
segunda zona 116 radial y la tercera zona 118 radial está situado a
un radio r de aproximadamente 1,03 mm. La segunda zona 116
radial de la estructura de fase no periódica comprende un saliente
120 anular que es concéntrico con el eje OA óptico y tiene un
descenso de aproximadamente -1,4 \mum.
La estructura de fase no periódica está
dispuesta para introducir una componente de fase no periódica
diferente en la primera WM_{1}, la segunda WM_{2} y la tercera
modificación WM_{3} de frente de onda. La componente de fase no
periódica está dispuesta para restar una fase \phi de cada
haz de radiación. Para el primer haz 20' de radiación, este módulo
2\pi de fase \phi, dividido entre 2\pi, tiene un valor
de aproximadamente 0,93. Para el segundo haz 20'' de radiación,
este módulo 2\pi de fase \phi, dividido entre 2\pi,
tiene un valor de aproximadamente 0,12. Para el tercer haz 20''' de
radiación, este módulo 2\pi de fase \phi, dividido entre
2\pi tiene un valor de aproximadamente 0,88.
La red 48 de difracción se combina con la
estructura de fase no periódica. La figura 11 muestra
esquemáticamente un perfil 128 de la estructura 40 de adaptación
cuando se combina tanto con la estructura de fase no periódica como
con la red 48 de difracción. El perfil 128 se traza en el cuarto eje
110 con respecto al quinto eje 112. Se indican la primera 34,
segunda 36 y tercera NA 38 que tienen diferentes extensiones
radiales del eje OA óptico. Se indican la primera 114, segunda 116
y tercera zona 118 radial de la estructura de fase no periódica. En
la figura 11 se indican elementos de la red 48 de difracción, la
estructura 40 de adaptación y la estructura de fase no periódica
utilizando los números de referencia apropiados.
La figura 12 muestra una segunda aberración 122
de frente de onda resultante del tercer haz 20''' de radiación que
se forma a partir de la componente de difracción combinada tanto con
la componente de adaptación de no difracción como con la componente
de fase no periódica en la primera NA 34. La segunda aberración 122
de frente de onda resultante del tercer haz 20''' de radiación se
traza en el primer eje 98 con respecto al segundo eje 100. Una
aberración de frente de onda de media cuadrática de la segunda
aberración 122 de frente de onda resultante del tercer haz 20''' de
radiación es de aproximadamente 37 m\lambda.
La figura 13 muestra una segunda aberración 124
de frente de onda resultante del segundo haz 20'' de radiación que
se forma a partir de la componente de difracción combinada tanto con
la componente de adaptación de no difracción como con la componente
de fase no periódica en la primera NA 34. La segunda aberración 124
de frente de onda resultante del segundo haz 20'' de radiación se
traza en el primer eje 98 con respecto al segundo eje 100. Una
aberración de frente de onda de media cuadrática de la segunda
aberración 124 de frente de onda resultante del segundo haz 20'' de
radiación es de aproximadamente 25 m\lambda.
La figura 14 muestra una segunda aberración 126
de frente de onda resultante del primer haz 20' de radiación que se
forma a partir de la componente de difracción combinada tanto con la
componente de adaptación de no difracción como con la componente de
fase no periódica en la primera NA 34. La segunda aberración 126 de
frente de onda resultante del primer haz 20' de radiación se traza
en el primer eje 98 con respecto al segundo eje 100. Una aberración
de frente de onda de media cuadrática de la segunda aberración 126
de frente de onda resultante del primer haz 20' de radiación es de
aproximadamente 13 m\lambda.
Con referencia a la figura 11, una región de la
estructura 40 de adaptación situada entre un límite de la primera
NA 34 y la segunda NA 36, y un límite de la segunda NA 36 y la
tercera NA 38 comprende una segunda estructura de fase no periódica
diferente que se combina con la estructura 40 de adaptación. Un
perfil 129 de esta segunda estructura de fase no periódica se
muestra en la figura 11. La segunda estructura de fase no periódica
comprende una cuarta, quinta y sexta zona radial que están
dispuestas de manera concéntrica alrededor del eje OA óptico. Un
límite entre la tercera zona 118 radial y la cuarta zona radial está
situado a un radio r de aproximadamente 1,18 mm. Un límite
entre la cuarta zona radial y la quinta zona radial está situado a
un radio r de aproximadamente 1,425 mm. Un límite entre la
quinta zona radial y la sexta zona radial está situado a un radio
r de aproximadamente 1,478 mm.
La segunda estructura de fase no periódica está
dispuesta para introducir una segunda componente de fase no
periódica en la segunda WM_{2} y la tercera modificación WM_{3}
de frente de onda. La segunda componente de fase no periódica está
dispuesta para introducir un cambio \phi de fase en el
segundo 20'' y tercer haz 20''' de radiación.
La cuarta, quinta y sexta zona radial comprenden
cada una un saliente anular que es concéntrico con el eje OA óptico
y tiene respectivamente una cuarta h_{4}, quinta
h_{5} y sexta altura h_{6}. La tabla 2 da el
valor aproximado de estas alturas y el módulo 2\pi de cambio
\phi_{3} de fase dividido entre 2\pi proporcionado por
estas alturas de escalón para el tercer haz 20''' de radiación. La
cuarta h_{4}, quinta h_{5} y sexta altura
h_{6} de escalón proporcionan un módulo 2\pi de cambio
\phi_{2} de fase dividido entre 2\pi que tiene un valor
de sustancialmente cero para el segundo haz 20'' de radiación.
La figura 15 muestra una tercera aberración 130
de frente de onda resultante del tercer haz 20''' de radiación que
se forma a partir de la componente de difracción combinada con la
componente de adaptación de no difracción, la componente de fase no
periódica, la segunda componente de fase no periódica y una
componente de modificación de frente de onda introducida por la
región 42 anular plana en la tercera NA 38. La tercera aberración
130 de frente de onda resultante del tercer haz 20''' de radiación
se traza en el primer eje 98 con respecto al segundo eje 100. Una
aberración de frente de onda de media cuadrática de la tercera
aberración 130 de frente de onda resultante del tercer haz 20''' de
radiación es de aproximadamente 15 m\lambda.
La figura 16 muestra una tercera aberración 132
de frente de onda resultante del segundo haz 20'' de radiación que
se forma a partir de la componente de difracción combinada con la
componente de adaptación de no difracción, la componente de fase no
periódica y la segunda componente de fase no periódica en la segunda
NA 36. La tercera aberración 132 de frente de onda resultante del
segundo haz 20'' de radiación se traza en el primer eje 98 con
respecto al segundo eje 100. Una aberración de frente de onda de
media cuadrática de la tercera aberración 132 de frente de onda
resultante del segundo haz 20'' de radiación es de aproximadamente
18 m\lambda.
La figura 17 muestra una tercera aberración 134
de frente de onda resultante del primer haz 20' de radiación que se
forma a partir de la componente de difracción combinada con la
componente de adaptación de no difracción y la componente de fase
no periódica en la primera NA 34. La tercera aberración 134 de
frente de onda resultante del primer haz 20' de radiación se traza
en el primer eje 98 con respecto al segundo eje 100. Una aberración
de frente de onda de media cuadrática de la tercera aberración 134
de frente de onda resultante del primer haz 20' de radiación es de
aproximadamente 13 m\lambda.
Se entiende que la realización anterior es un
ejemplo ilustrativo de la invención. Se prevén realizaciones
adicionales de la invención.
La placa de compatibilidad que tiene la
estructura de adaptación, combinada con la red de difracción, la
estructura de fase no periódica y la segunda estructura de fase no
periódica se forma, por ejemplo, usando una técnica de moldeo por
inyección a partir del material COC. Se prevé que la placa de
compatibilidad del sistema óptico pueda formarse alternativamente a
partir de diferentes materiales que permiten conseguir el diseño
requerido de la red de difracción, la estructura de adaptación, la
estructura de fase no periódica y la segunda estructura de fase no
periódica. Se prevé que la placa de compatibilidad pueda formarse
alternativamente a partir de Diacril. Se prevé además que la lente
o la placa de compatibilidad puedan formarse a partir de un material
deseado usando un proceso de replicación. En este proceso, el
material deseado, en una forma curable, se coloca entre una
superficie de vidrio y un molde que tiene una forma que corresponde
a una forma deseada de la placa de compatibilidad. A continuación
se cura el material que ha adoptado la forma deseada a partir del
molde, utilizando por ejemplo radiación ultravioleta.
En la realización descrita, la red de difracción
se combina con la estructura de adaptación, la estructura de fase
no periódica y la segunda estructura de fase no periódica como parte
de la placa de compatibilidad. Se prevé además que al menos una de
la estructura de difracción, la estructura de adaptación, la
estructura de fase no periódica y la segunda estructura de fase no
periódica se combine alternativamente con la lente. Se prevé además
que la estructura de difracción, la estructura de adaptación, la
estructura de fase no periódica y la segunda estructura de fase no
periódica puedan combinarse todas con la lente de manera que el
sistema óptico no requiera una placa de compatibilidad.
En esta realización, la red de difracción está
dispuesta de manera que el primer orden m_{1} de difracción
seleccionado es un orden positivo diferente de cero de +1, el
segundo orden m_{2} de difracción seleccionado es un orden
de cero y el tercer orden m_{3} de difracción seleccionado
es un orden negativo diferente de cero de -1. Se prevé además que
la red de difracción pueda estar dispuesta para seleccionar
diferentes órdenes de difracción mientras garantiza que se mantiene
la relación de la ecuación 4, 5 ó 6. La tabla 3 indica diferentes
realizaciones previstas que tienen diferentes órdenes de difracción
seleccionados para los grosores de capa de recubrimiento de la
realización descrita.
En la realización descrita de la presente
invención, la red de difracción está dispuesta para introducir
cambios de fase que son, módulo 2\pi, sustancialmente iguales
entre sí, en el segundo haz de radiación. Se prevé que la
estructura de difracción podría estar dispuesta alternativamente
para introducir cambios de fase similares que son, módulo 2\pi,
sustancialmente iguales entre sí, en el primer o el tercer haz de
radiación.
Los diferentes haces de radiación de la
realización descrita tienen cada uno una longitud de onda
predeterminada y una cierta NA. Se prevé que los haces de radiación
puedan usarse teniendo una longitud de onda predeterminada
diferente o una NA diferente. Se prevé además que la estructura de
difracción, la estructura de adaptación, la estructura de fase no
periódica y/o la segunda estructura de fase no periódica pueda tener
una NA diferente.
En la realización descrita el dispositivo de
exploración óptico está dispuesto para explorar soportes de
grabación ópticos que tienen diferentes grosores de capa de
recubrimiento. Se prevé que el dispositivo de exploración óptico
pueda estar dispuesto alternativamente para explorar diferentes
formatos de soporte de grabación óptico que tienen diferentes
grosores de capa de recubrimiento a los de la realización descrita,
mientras se mantiene la relación de la ecuación 4, 5 ó 6.
En la realización descrita, el sistema óptico
comprende una segunda estructura de fase no periódica. En
realizaciones adicionalmente previstas, la segunda estructura de
fase no periódica puede ser alternativamente una estructura de
difracción que está dispuesta para introducir una segunda componente
difrangente en la segunda WM_{2} y la tercera modificación
WM_{3} de frente de onda. En la realización descrita, el sistema
óptico comprende una región 42 anular plana. Se prevé
adicionalmente que esta región también pueda incluir una estructura
de adaptación, una estructura de difracción o una estructura de
fase no periódica.
En la realización descrita, se dan ciertas
dimensiones que incluyen alturas de escalón, anchuras y tipos de
curvatura de al menos uno de la red de difracción, la estructura de
adaptación, la estructura de fase no periódica y la segunda
estructura de fase no periódica. Se prevé adicionalmente que
cualquiera de estas dimensiones pueda ser diferente en
realizaciones adicionales de la presente invención.
Ha de entenderse que cualquier característica
descrita en relación con cualquier realización puede usarse
individualmente, o en combinación con otras características
descritas, y también puede usarse en combinación con una o más
características de cualquier otra de las realizaciones, o cualquier
combinación de cualquier otra de las realizaciones. Además, también
pueden emplearse equivalentes y modificaciones no descritas
anteriormente sin apartarse del alcance de la invención, que se
define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (28)
1. Dispositivo de exploración óptico para
explorar soportes de grabación ópticos que tienen capas de
información a diferentes profundidades de capa de información en el
soporte, incluyendo los soportes de grabación ópticos un primer
soporte (3') de grabación óptico que tiene una capa (2') de
información a una primera profundidad d_{1} de capa de
información, un segundo soporte (3'') de grabación óptico que tiene
una capa (2'') de información a una segunda profundidad
d_{2} de capa de información y un tercer soporte (3''') de
grabación óptico que tiene una capa (2''') de información a una
tercera profundidad d_{3} de capa de información, donde
d_{3}<d_{2}<d_{1},
incluyendo el dispositivo de exploración un
sistema (7) de fuente de radiación para producir un primer (4'), un
segundo (4'') y un tercer haz (4''') de radiación, para explorar
dicho primer (3'), segundo (3'') y tercer soporte (3''') de
grabación, respectivamente, incluyendo el dispositivo una estructura
(48) de difracción que introduce una primera, segunda y tercera
modificación de frente de onda diferente en al menos parte del
primer, segundo y tercer haz de radiación, respectivamente,
estando dispuesta la estructura de difracción
para funcionar a órdenes m_{1}, m_{2}, m_{3} de
difracción seleccionados para el primer, segundo y tercer haz de
radiación, respectivamente,
caracterizado porque la estructura de
difracción está dispuesta de tal manera que se cumple la relación
siguiente:
y dicha componente de difracción de
dicha primera modificación de frente de onda es una componente de
difracción de un orden positivo y dicha componente de difracción de
dicha tercera modificación de frente de onda es una componente de
difracción de un orden
negativo.
2. Dispositivo de exploración óptico según la
reivindicación 1, en el que la estructura (48) de difracción está
dispuesta de tal manera que se cumple la relación siguiente:
\vskip1.000000\baselineskip
3. Dispositivo de exploración óptico según la
reivindicación 1 ó 2, en el que dicho dispositivo de exploración
óptico tiene un eje (OA) óptico y dicha estructura (48) de
difracción comprende una pluralidad de salientes (50) anulares
dispuestos de manera concéntrica alrededor de dicho eje óptico.
4. Dispositivo de exploración óptico según la
reivindicación 1, 2 ó 3, en el que cada uno de dichos salientes
(50) tiene un perfil escalonado, incluyendo cada saliente una
pluralidad de escalones que tienen diferentes alturas (h_{1},
h_{2}, h_{3}).
5. Dispositivo de exploración óptico según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho
dispositivo de exploración óptico comprende una estructura (40) de
adaptación dispuesta para introducir una componente de adaptación
de no difracción en cada haz de radiación, en el que dicha
componente de adaptación está dispuesta para introducir una
aberración esférica.
6. Dispositivo de exploración óptico según la
reivindicación 5, en el que dicha estructura de adaptación
proporciona una cara (46) que es sustancialmente esférica.
7. Dispositivo de exploración óptico según la
reivindicación 5 ó 6, en el que dicha estructura (48) de difracción
se combina con dicha estructura (40) de adaptación.
8. Dispositivo de exploración óptico según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho
dispositivo de exploración óptico tiene un eje (OA) óptico y
comprende una estructura de fase no periódica dispuesta para
introducir una componente de fase no periódica en cada haz de
radiación, en el que dicha estructura de fase no periódica
comprende una pluralidad de zonas (114; 116; 118) radiales
dispuestas de manera concéntrica alrededor de dicho eje (OA) óptico
y que tiene un perfil (107) radial no periódico.
9. Dispositivo de exploración óptico según la
reivindicación 8, en el que dicha estructura de fase no periódica
se combina con dicha estructura (48) de difracción.
10. Dispositivo de exploración óptico según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el orden
m_{2} de difracción seleccionado para el segundo haz de
radiación es un orden de cero.
11. Dispositivo de exploración óptico según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada haz
de radiación tiene una longitud (\lambda_{1}; \lambda_{2};
\lambda_{3}) de onda predeterminada, en el que la longitud de
onda de dicho tercer haz de radiación es más corta que la longitud
de onda de dicho segundo haz de radiación y la longitud de onda de
dicho segundo haz de radiación es más corta que la longitud de onda
de dicho primer haz de radiación.
12. Dispositivo de exploración óptico según la
reivindicación 11, en el que dicha longitud de onda predeterminada
de dicho primer, segundo y tercer haz de radiación es de
aproximadamente 785, 650 y 405 nanómetros, respectivamente.
13. Dispositivo de exploración óptico según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha
primera d_{1}, segunda d_{2} y tercera profundidad
d_{3} de capa de información son de aproximadamente 1,2,
0,6 y 0,1 milímetros, respectivamente.
14. Sistema óptico para introducir una primera,
segunda y tercera modificación de frente de onda diferente en al
menos parte del primer (4'), segundo (4'') y tercer (4''') haz de
radiación, respectivamente,
teniendo cada uno de dichos haces de radiación
una longitud (\lambda_{1}; \lambda_{2}; \lambda_{3}) de
onda predeterminada diferente, siendo la longitud de onda de dicho
tercer haz de radiación más corta que la longitud de onda tanto de
dicho primer como de dicho segundo haz de radiación,
en el que dicho sistema óptico comprende una
estructura (48) de difracción que tiene un perfil que varía en
escalones que están dispuestos para proporcionar componentes de
difracción seleccionadas en dichas modificaciones de frente de
onda, siendo la componente de difracción seleccionada de dicha
primera modificación de frente de onda una componente de difracción
de un orden diferente de cero,
caracterizado porque
i) la estructura de difracción está dispuesta de
manera que la componente de difracción seleccionada de dicha
tercera modificación de frente de onda es una componente de
difracción de un orden diferente de cero; y porque
ii) los escalones del perfil de la estructura de
difracción están dispuestos para introducir en dicho segundo haz de
radiación cambios de fase, siendo cada cambio de fase, módulo
2\pi, sustancialmente igual a cada otro cambio de fase,
iii) y dicha componente de difracción de dicha
primera modificación de frente de onda es una componente de
difracción de un orden positivo y dicha componente de difracción de
dicha tercera modificación de frente de onda es una componente de
difracción de un orden negativo.
15. Sistema óptico según la reivindicación 14,
en el que dicho sistema incluye una lente (32) para enfocar cada
uno de dichos primer (4'), segundo (4'') y tercer (4''') haz de
radiación.
16. Sistema óptico según la reivindicación 14 ó
15, en el que dicho sistema óptico tiene un eje (OA) óptico y dicha
estructura (48) de difracción comprende una pluralidad de salientes
(50) anulares dispuestos de manera concéntrica alrededor de dicho
eje óptico.
17. Sistema óptico según la reivindicación 16,
en el que dicho saliente (50) tiene un perfil escalonado, incluyendo
cada saliente una pluralidad de escalones (52; 54; 56) que tienen
diferentes alturas (h_{1}, h_{2}, h_{3}).
18. Sistema óptico según las reivindicaciones 14
a 17, en el que cada modificación de frente de onda incluye una
componente de adaptación de no difracción y dicho sistema óptico
comprende una estructura (40) de adaptación dispuesta para
proporcionar dicha componente de adaptación, en el que dicha
componente de adaptación está dispuesta para introducir aberración
esférica.
19. Sistema óptico según la reivindicación 18,
en el que dicha estructura (40) de adaptación proporciona una cara
(46) que es sustancialmente esférica.
20. Sistema óptico según la reivindicación 18 ó
19, en el que dicha estructura (48) de difracción se combina con
dicha estructura (40) de adaptación.
21. Sistema óptico según las reivindicaciones 14
a 20, en el que cada modificación de frente de onda incluye una
componente de fase no periódica y dicho sistema óptico comprende una
estructura de fase no periódica dispuesta para proporcionar dicha
componente de fase no periódica, en el que dicha estructura de fase
no periódica comprende una pluralidad de zonas (114; 116; 118)
radiales dispuestas de manera concéntrica alrededor de dicho eje
(OA) óptico y que tiene un perfil (107) radial no periódico.
\newpage
22. Sistema óptico según la reivindicación 21,
en el que dicha estructura de fase no periódica se combina con
dicha estructura (48) de difracción.
23. Sistema óptico según las reivindicaciones 14
a 22, en el que la longitud de onda de dicho segundo haz de
radiación es más corta que la longitud de onda de dicho primer haz
de radiación.
24. Sistema óptico según la reivindicación 23,
en el que dicha longitud de onda predeterminada de dicho primer,
segundo y tercer haz de radiación es de aproximadamente 785, 650 y
405 nanómetros, respectivamente.
25. Dispositivo de exploración óptico para
explorar un primer (3'), segundo (3'') y tercer soporte (3''') de
grabación óptico diferente con un primer (4'), segundo (4'') y
tercer haz (4''') de radiación diferente, respectivamente,
teniendo cada haz de radiación una longitud
(\lambda_{1}; \lambda_{2}; \lambda_{3}) de onda
predeterminada diferente, siendo la longitud de onda de dicho
tercer haz de radiación más corta que la longitud de onda tanto de
dicho primer como de dicho segundo haz de radiación,
comprendiendo dicho dispositivo de exploración
óptico un sistema (8) óptico según cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 24.
26. Dispositivo de exploración óptico según la
reivindicación 13, en el que el sistema óptico está dispuesto para
enfocar dicho primer (4'), segundo (4'') y tercer haz (4''') de
radiación a un punto focal deseado en dicho primer (3'), segundo
(3'') y tercer soporte (3''') de grabación óptico,
respectivamente.
27. Dispositivo de exploración óptico según la
reivindicación 26 ó 27, en el que cada uno de dicho primer (3'),
segundo (3'') y tercer soporte (3''') de grabación óptico tiene una
capa de información a una primera d_{1},segunda
d_{2} y tercera profundidad d_{3} de capa de
información de aproximadamente 1,2, 0,6 y 0,1 milímetros,
respectivamente.
28. Sistema óptico para introducir una primera,
segunda y tercera modificación de frente de onda diferente en al
menos parte del primer (4'), segundo (4'') y tercer haz (4''') de
radiación, respectivamente,
teniendo cada uno de dichos haces de radiación
una longitud (\lambda_{1}; \lambda_{2}; \lambda_{3}) de
onda predeterminada diferente, siendo la longitud de onda de dicho
tercer haz de radiación más corta que la longitud de onda tanto de
dicho primer como de dicho segundo haz de radiación,
en el que dicho sistema óptico comprende una
estructura (48) de difracción que tiene un perfil que varía en
escalones que están dispuestos para proporcionar componentes de
difracción seleccionadas en dichas modificaciones de frente de
onda, siendo la componente de difracción seleccionada de dicha
primera modificación de frente de onda una componente de difracción
de un orden diferente de cero,
caracterizado porque
i) la estructura de difracción está dispuesta de
manera que la componente de difracción seleccionada de dicha
tercera modificación de frente de onda es una componente de
difracción de un orden diferente de cero; y porque
ii) los escalones del perfil de la estructura de
difracción están dispuestos de manera que la componente de
difracción seleccionada de dicha segunda modificación de frente de
onda es una componente de difracción de un orden de cero
iii) y dicha componente de difracción de dicha
primera modificación de frente de onda es una componente de
difracción de un orden positivo y dicha componente de difracción de
dicha tercera modificación de frente de onda es una componente de
difracción de un orden negativo.
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