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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Linsenanordnung, die für ein optisches
Aufzeichnungsgerät
verwendet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen optischen
Kopf und ein Gerät
für eine optische
Platte, welche solch eine Linsenanordnung enthalten. In dieser Beschreibung
bezieht sich das „Gerät für eine optische
Platte" nicht nur
auf ein Gerät,
das ausschließlich
zum Lesen von Daten von einer optischen Platte verwendet wird, sondern
auch auf ein Gerät
für eine
magnetooptische Platte, das in Bezug auf eine magnetooptische Platte
durch eine Modulation eines Magnetfelds oder eine Modulation eines
optischen Pulses sowohl Daten lesen als auch schreiben kann. Der
Ausdruck „Gerät für eine optische
Platte" bezieht
sich ferner auf andere Arten eines Geräts für eine optische Platte.
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Im
Allgemeinen ist in einem Gerät
für eine optische
Platte vom obigen Typ die Datenspeicherungskapazität einer
optischen Platte umgekehrt proportional zum Quadrat des Durchmessers
eines Brennflecks, der im Aufzeichnungsbereich der Platte geformt
werden soll. Um die Speicherungskapazität der Platte zu erhöhen ist
es somit wünschenswert, den
Durchmesser des Brennflecks so weit wie möglich zu reduzieren. Bekanntlich
ist der Durchmesser des Brennflecks proportional zu „λ (Wellenlänge des Laserstrahls)
geteilt durch NA (numerische Apertur)". Somit gibt es theoretisch zwei mögliche Wege,
um den Durchmesser des Brennflecks zu reduzieren, und zwar λ zu reduzieren
oder NA zu erhöhen.
Jedoch ist es aufgrund bestimmter Beschränkungen in Bezug auf die Eigenschaften
von Materialien ziemlich schwierig, einen Halbleiterlaser zu erhalten,
der in der Lage ist, Licht zu emittieren, dessen Wellenlänge ausreichend
klein ist. Somit ist es derzeit nicht möglich, einen preiswerten Laser
mit kurzer Wellenlänge
(blauer Laser) zu erhalten, der im Hinblick auf Ausgabe und Lebensdauer
zufrieden stellend ist. Unter diesen Umständen kann die zweite Option (das heißt NA zu
erhöhen)
zwangsläufig
eingesetzt werden, um den Durchmesser des Brennflecks zu reduzieren,
und es wurde eifrig nach neuen Methoden gesucht, um einen kleineren
Durchmesser zu erreichen.
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In
diesem Zusammenhang wird nun auf 17 der
beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen, welche eine herkömmliche Anordnung zeigt, die
zum Erhalten einer vergrößerten NA
angepasst ist (siehe JP-A-8-221790). In der illustrierten herkömmlichen
Vorrichtung wird von einer Linsenanordnung Gebrauch gemacht, die
zwei Objektivlinsen enthält,
das heißt
eine erste Objektivlinse L1, die an einem Linsenstellantrieb montiert
ist, und eine zweite Objektivlinse L2, die an einem Gleiter S montiert
ist, der wiederum durch einen Wagen gestützt wird. Die zweite Objektivlinse
L2 ist angrenzend an die Oberfläche
eines transparenten Plattensubstrats D1 einer optischen Platte D
angeordnet. Mit solch einer Anordnung kann die Gesamt-NA der Linsenanordnung
größer gemacht
werden, als wenn nur eine einzige Objektivlinse verwendet wird.
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Obwohl
die Gesamt-NA in gewissem Maße erhöht wird,
ist die obige herkömmliche
Anordnung aus folgenden Gründen
nachteilig. Wie oben angegeben, ist die zweite Objektivlinse L2
angrenzend an (aber außerhalb
von) das transparente Substrat D1 der Platte D angeordnet, und diese
Linse (zusammen mit der ersten Objektivlinse L1) veranlasst den
Laserstrahl, an einem Punkt im Aufzeichnungsbereich D2 der Platte
D zu konvergieren. Mit solch einer Anordnung kann die NA, welche,
wie in 17 gezeigt, durch „n (Brechungsindex
des transparenten Substrats D1) Xsinθ" ausgedrückt werden kann, nicht größer gemacht
werden als 1. In der Praxis ist die NA höchstens ungefähr 0,8.
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Die
Verbesserung der Datenspeicherungskapazität einer magnetooptischen Platte
kann durch ein weiteres Verfahren erreicht werden, das beispielsweise
in der JP-A-10-124943 offenbart ist. Gemäß diesem herkömmlichen
verfahren wird ein Teil des Brennflecks des Laserstrahls magnetisch
abgedeckt, indem man sich die Tatsache zu Nutze macht, dass magnetische
Schichten, die auf eine Aufzeichnungsschicht der Platte laminiert
sind, unterschiedliche Curietemperaturen besitzen.
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In
dem obigen Verfahren wird der Durchmesser des Brennflecks selbst
nicht reduziert. Somit kann das Problem von Nebensprechen zwischen
benachbarten Spuren weiterhin mit einfließen, was eine Behinderung für die Verbesserung
der Datenspeicherungskapazität
der Platte ist.
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Dementsprechend
ist es wünschenswert, eine
Linsenanordnung, deren theoretische numerische Apertur zum Reduzieren
des Durchmessers des Brennflecks eines Laserstrahls geeignet vergrößert wird,
und einen optischen Kopf bereitzustellen, der solch eine Linsenanordnung
enthält.
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Es
ist auch wünschenswert,
ein Gerät
für eine
optische Platte bereitzustellen, das solch einen optischen Kopf
enthält,
wodurch die Datenspeicherungskapazität des Geräts für eine Platte erhöht wird.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Linsenanordnung
bereitgestellt zum Veranlassen eines Laserstrahls, einen Brennfleck
in einem Aufzeichnungsbereich eines optischen Aufzeichnungsmediums
zu formen, das ein Substrat enthält,
wobei die Linsenanordnung umfasst: eine Mehrzahl von Fokussierungslinsen,
wobei jede eine Einfallsoberfläche
zum Empfangen des Laserstrahls und eine Emissionsoberfläche zum
Emittieren des Laserstrahls enthält;
dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussierungslinsen an unterschiedlichen
Positionen in einer Ebene angeordnet sind, die parallel zu dem optischen
Aufzeichnungsmedium ist, zum Konvergieren des Laserstrahls in einer
Mehrzahl von ersten Brennpunkten, die sich in Kontakt mit dem Substrat
des optischen Aufzeichnungsmediums befinden, und zum Veranlassen
des Lichts von jedem ersten Brennpunkt in einem zweiten Brennpunkt
zu konvergieren, der sich in dem Aufzeichnungsbereich des optischen
Aufzeichnungsmediums befindet, um den Brennfleck zu formen; und dass
die Einfallsoberflächen
der Fokussierungslinsen entlang der Richtung des Laserstrahls durch
Abstände
beabstandet sind, die gleich einem Vielfachen der Wellenlänge des
Laserstrahls sind, wobei das Vielfache Null einschließt; und
dass die optischen Weglängen
von den Einfallsoberflächen
zu dem zweiten Brennpunkt gleich sind oder sich durch ein Vielfaches
der Wellenlänge
des Laserstrahls voneinander unterscheiden.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt
jede Fokussierungslinse eine Länge,
die zwischen ihrer Einfallsoberfläche und ihrer Emissionsoberfläche definiert
ist. Die Länge
jeder Fokussierungslinse wird in Entsprechung mit einer optischen Länge eines
Lichtwegs bestimmt, der sich von dem ersten Brennpunkt in Bezug
auf jede Fokussierungslinse zu dem zweiten Brennpunkt erstreckt.
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Vorzugsweise
kann jede der Fokussierungslinsen eine Stablinse umfassen, die eine
flache Einfallsoberfläche
und eine konvexe Emissionsoberfläche
besitzt, wobei Durchmesser der jeweiligen Stablinsen gleich zueinander
hergestellt sind.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann
mindestens eine der Fokussierungslinsen in Kontakt mit vier weiteren
der Fokussierungslinsen gehalten werden, so dass die Fokussierungslinsen
in einem gitterartigen Muster angeordnet sind. Alternativ kann mindestens
eine der Fokussierungslinsen in Kontakt mit sechs weiteren der Fokussierungslinsen gehalten
werden, so dass die Fokussierungslinsen in einem bienenwabenartigen
Muster angeordnet sind.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel können die
Fokussierungslinsen konzentrische ringförmige Linsen umfas sen, wobei
jede eine flache Einfallsoberfläche
und eine konvexe Emissionsoberfläche
besitzt.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Linsenanordnung
bereitgestellt zum Veranlassen eines Laserstrahls, einen Brennfleck
in einem Aufzeichnungsbereich eines optischen Aufzeichnungsmediums
zu formen, das ein transparentes Substrat enthält, wobei die Linsenanordnung
umfasst: eine Mehrzahl von Fokussierungslinsen, wobei jede eine
Einfallsoberfläche
zum Empfangen des Laserstrahls und eine Emissionsoberfläche zum
Emittieren des Laserstrahls enthält;
und eine Mehrzahl fester Immersionslinsen, von denen jede angrenzend
an die Emissionsoberfläche
einer entsprechenden der Fokussierungslinsen angeordnet ist und
eine Emissionsoberfläche
besitzt; dadurch gekennzeichnet, dass die feste Immersionslinse
und die Fokussierungslinse an unterschiedlichen Positionen in einer
Ebene sind, die parallel zu dem optischen Aufzeichnungsmedium ist,
zum Konvergieren des Laserstrahls in einer Mehrzahl von ersten Brennpunkten,
die sich angrenzend an die Emissionsoberflächen der festen Immersionslinsen
befinden, und zum Veranlassen des Lichts von einem Nahfeldlicht an
jedem ersten Brennpunkt, in einem zweiten Brennpunkt zu konvergieren,
der sich im Aufzeichnungsbereich des optischen Aufzeichnungsmediums befindet,
um den Brennfleck zu formen; und dass die Einfallsoberflächen der
Fokussierungslinsen entlang der Richtung des Laserstrahls durch
Abstände
beabstandet sind, die gleich einem Vielfachen der Wellenlänge des
Laserstrahls sind, wobei das Vielfache Null einschließt; und
dass die optischen Weglängen
von den Einfallsoberflächen
zu dem zweiten Brennpunkt gleich sind oder sich durch ein Vielfaches
der Wellenlänge
des Laserstrahls voneinander unterscheiden.
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Jede
der Fokussierungslinsen kann eine Stablinse umfassen, die eine flache
Einfallsoberfläche
und eine konvexe Emissionsoberfläche
besitzt, wobei Durchmesser der jeweiligen Stablinsen gleich zueinander
hergestellt sind.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optischer Kopf
bereitgestellt, umfassend eine Linsenanordnung, welche den ersten
oder zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung verkörpert, und
einen Gleiter, der die Linsenanordnung trägt und entlang des Substrats
des optischen Aufzeichnungsmediums beweglich ist.
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Vorzugsweise
kann der obige optische Kopf ferner einen Stellantrieb umfassen,
der an dem Gleiter zum Bewegen der Linsenanordnung in Richtung auf
und weg von dem optischen Aufzeichnungsmedium montiert ist.
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Vorteilhafterweise
kann der optische Kopf ferner eine Flüssigkristallplatte umfassen,
die auf einer Seite der Einfallsoberflächen der Fokussierungslinsen
angeordnet ist, wobei die Flüssigkristallplatte in
Abschnitte unterteilt ist, die jeweils den Fokussierungslinsen entsprechen.
Jeder der Abschnitte der Flüssigkristallplatte
ist so angeordnet, um einen variablen Brechungsindex zu besitzen.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gerät für eine optische
Platte bereitgestellt, umfassend eine Linsenanordnung, welche den
ersten oder zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung verkörpert, und
ein Stützelement zum
Stützen
der Linsenanordnung.
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Nun
wird beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen werden, in welchen:
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1 eine
Schnittansicht ist, welche schematisch ein erstes Beispiel einer
Linsenanordnung zeigt, die gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
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2 eine
Draufsicht ist, welche eine Anordnung von Stablinsen zeigt, die
für die
in 1 gezeigte Linsenanordnung verwendet werden;
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3 eine
Draufsicht ist, welche eine weitere Anordnung der Stablinsen zeigt,
die für
die in 1 gezeigte Linsenanordnung verwendet werden;
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4 ein
Simulationsdiagramm ist, welches einen zweiten Brennpunkt zeigt,
der durch eine Linsenanordnung der vorliegenden Erfindung erzeugt wird;
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5 eine
Draufsicht ist, welche ein zweites Beispiel einer Linsenanordnung
zeigt, die gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
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6 eine
Schnittansicht ist, die entlang der Linien VI-VI in 5 entnommen
wird;
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7 eine
Draufsicht ist, welche ein drittes Beispiel einer Linsenanordnung
zeigt, die gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
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8 eine
Schnittansicht ist, die entlang der Linien VIII-VIII in 7 entnommen
wird;
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9 eine
Schnittansicht ist, welche schematisch ein Beispiel einer Linsenanordnung
zeigt, die gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
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10 eine
Schnittansicht ist, welche schematisch ein Beispiel eines optischen
Kopfs zeigt, der gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
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11 eine
Draufsicht ist, welche ein Fragment einer Flüssigkristallplatte zeigt, die
in dem in 10 gezeigten optischen Kopf
verwendet wird;
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12 die
Funktion der in 11 gezeigten Flüssigkristallplatte
illustriert;
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13 eine
Draufsicht ist, welche eine Anordnung eines Geräts für eine optische Platte zeigt, das
einen optischen Kopf der vorliegenden Erfindung verwendet;
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14 eine
Seitenansicht ist, welche das in 13 gezeigte
Gerät für eine optische
Platte zeigt;
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15 eine
Schnittansicht ist, welche schematisch eine andere Version einer
Linsenanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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16 eine
Schnittansicht ist, welche schematisch eine weitere Version einer
Linsenanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt; und
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17 eine
seitliche Schnittansicht ist, welche Hauptteile eines herkömmlichen
Geräts
für eine optische
Platte zeigt.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung können verschiedene Arten von
Linsenanordnungen vorgesehen sein. 1 der beigefügten Zeichnungen
zeigt eine Linsenanordnung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die illustrierte Linsenanordnung, welche
allgemein durch das Bezugszeichen 1 gekennzeichnet wird,
enthält
eine Mehrzahl von konvergierenden Linsen 20, welche aus
einem transparenten Harzmaterial, wie z.B. PMMA (Polymethylmethacrylat),
hergestellt sein können.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist jede konvergierende Linse 20 eine zylinderförmige Stablinse 20a,
welche einen vorbestimmten Durchmesser besitzt. vorzugsweise sind die
Stablinsen 20a wie in 2 gezeigt
in zwei Dimensionen angeordnet, wobei jede innere Stablinse 20a über ihre
Seitenoberflächen
in engem Kontakt mit sechs anderen Stablinsen 20a gehalten
wird. Somit gleicht die Konfiguration einer Bienenwabe. Die Stablinsen 20a werden
zusammengehalten, indem sie in einen transparenten Harzkörper (nicht
gezeigt) eingebracht werden, welcher beispielsweise als ein Gleiter
geformt sein kann. Im Einsatz ist die Linsenanordnung 30 in
einem vorbestimmten Abstand relativ zu einer optischen Platte D
(ein Beispiel eines optischen Aufzeichnungsmediums) angeordnet,
wobei ihre Licht emittierende Seite in einer gegenüberliegenden
Relation zu einem transparenten Substrat D1 der optischen Platte
D gehalten wird.
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Das
transparente Substrat D1 der optischen Platte D kann aus einem geeigneten
Harzmaterial hergestellt sein und besitzt eine vorbestimmte Dicke. Die
Rückseite
(oder untere Seite in 1) des Substrats D1 ist mit
einem Aufzeichnungsbereich D2 versehen.
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Wie
in 1 gezeigt, besitzt jede Stablinse 20a eine
flache Einfallsoberfläche 21 und
eine konvexe, Licht emittierende Oberfläche 22. Die Licht
emittierende Oberfläche 22 besitzt
eine asphärische
Konfiguration, so dass ein paralleler Laserstrahl B, der an der
Einfallsoberfläche 21 einfällt, veranlasst
wird, an einem ersten Brennpunkt F1 richtig zu konvergieren (ohne
beispielsweise eine Abweichung zu erleiden). Der erste Brennpunkt
F1 kann sich an der Oberfläche des
Plattensubstrats D1 oder innerhalb des Plattensubstrats befinden.
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Jede
Stablinse 20a besitzt eine Länge h (definiert als der Abstand
zwischen der Einfallsoberfläche 21 und
der Licht emittierenden Oberfläche 22). Die
Längen
h der entsprechenden Stablinsen 20a können verschieden hergestellt
sein, abhängig
davon, wie weit die Stablinsen 20a von der Mitte der Linsenanordnung 30 beabstandet
sind. In dem illustrierten Ausführungsbeispiel
ist die Länge
h jeder Stablinse 20a so vorgesehen, dass sie kleiner wird, wenn
die Stablinse 20a weiter weg von der Mitte der Linsenanordnung 30 ist.
Demzufolge ist die Einfallsoberfläche 21 einer äußeren Stablinse 20a tiefer
angeordnet als die Einfallsoberfläche 21 von irgendeiner anderen
inneren Stablinse 20a (es ist zu beachten, das die Licht
emittierenden Oberflächen 22 der
entsprechenden Stablinsen 20 auf die gleiche Höhe oder
in die gleiche Ebene gesetzt werden). Auf diese Weise werden die
Einfallsoberflächen 21 innerer
und äußerer Stablinsen 20a relativ
zueinander in der Richtung der optischen Achse der Linsenanordnung 10 verlagert.
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Die
Differenz der Höhe
zwischen der Einfallsoberfläche 21 einer
inneren Stablinse 20a und der einer äußeren Stablinse 20a ist
gleich einem Vielfachen von λ,
wobei „λ" die Wellenlänge des
Laserstrahls ist. Mit solch einer Anordnung kann die Einfallsoberfläche 21 jeder
Stablinse 20a an eine Position gesetzt werden, die der
Wellenfront des Laserstrahls B entspricht.
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Wie
aus 1 gesehen werden kann, bewegt sich der Laserstrahl
B, der an irgendeiner der Stablinsen 20a einfällt, entlang
eines Wegs, der sich von der Einfallsoberfläche 21 der entsprechenden Stablinse 20a zu
einem vorbestimmten Punkt F2 erstreckt (nachfolgend als der „zweite
Brennpunkt" bezeichnet), über die
Licht emittierende Oberfläche 22 und
den ersten Brennpunkt F1. Der zweite Brennpunkt F2 ist innerhalb
des Plattensubstrats D1 angeordnet, vorzugsweise im Aufzeichnungsbereich
D2.
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Wie
oben beschrieben, werden die Längen
h der entsprechenden Stablinsen 20a kleiner hergestellt,
wenn man von der Mitte der Linsenanordnung radial nach außen fortschreitet.
Somit können
die optischen Längen
(das heißt,
die Längen,
welche die Brechungsindices des Plattensubstrats und anderer berücksichtigen)
der Lichtwege in Bezug auf die entsprechenden Stablinsen 20a abgeglichen
werden, oder alternativ können
die optischen Längen
der Lichtwege angeordnet werden, um sich so zu unterscheiden, dass
ihre Unterschiede gleich einem Vielfachen von λ sind, wobei „λ" die Wellenlänge des
Laserstrahls ist.
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Im
Einsatz wird aufgrund der oben beschriebenen Stablinsen 20a der
Laserstrahl B, der an der Linsenanordnung 10 einfällt, veranlasst,
an den entsprechenden ersten Brennpunkten F1 zu konvergieren, die
sich innerhalb des Plattensubstrats D1 befinden. Nach dem Konvergieren
an den ersten Brennpunkten F1, wird sich der Laserstrahl so verhalten, als
ob er von Lichtquellen emittiert wird, die je weils an den ersten
Brennpunkten F1 positioniert sind. Dann wird das Licht, das von
den ersten Brennpunkten F1 ausgesendet wird, an einer bestimmten
Stelle (oder dem zweiten Brennpunkt F2) im Aufzeichnungsbereich
der Platte D konvergieren, in welchem die Leuchtkraft maximal wird.
Der zweite Brennpunkt F2 wird als ein idealer Brennfleck P verwendet,
um ein Schreiben und/oder Lesen von Daten in Bezug auf den Aufzeichnungsbereich
D2 der optischen Platte D durchzuführen.
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Wie
oben angegeben, bevor er zum zweiten Brennpunkt F2 geführt wird,
wird der Laserstrahl B veranlasst, an den ersten Brennpunkten F1
zu konvergieren, die sich innerhalb des Plattensubstrats D1 befinden,
dessen Brechungsindex relativ hoch ist. Diese Anordnung macht es
möglich,
eine numerische Apertur von nicht weniger als 1 zu erhalten. Mit solch
einer großen
numerischen Apertur ist es möglich,
den Durchmesser des finalen Lichtflecks deutlich zu reduzieren,
der in der Linsenanordnung 10 erzeugt wird. In diesem Zusammenhang
sollte erwähnt werden,
dass die numerische Apertur jeder Stablinse 20a ziemlich
klein sein kann, da die Stablinse 20a nur vorgesehen ist,
um den Laserstrahl B zu veranlassen, an dem ersten Brennpunkt F1
innerhalb des Plattensubstrats D1 zu konvergieren. Infolge dessen können die
Stablinsen 20a genau produziert werden, wobei weder Wellenaberration
noch Comaaberration eingeführt
werden.
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In
der Linsenanordnung 10, welche die obige Anordnung besitzt,
wirken die jeweiligen ersten Brennpunkte F1 aufgrund der Verwendung
der Stablinsen 20a als diskrete Punktquellenlichter. Demzufolge
können
einige falsche Brennpunkte f in bestimmten Intervallen radial vom
zweiten Brennpunkt F2 auftreten. Da solche falschen Brennpunkte
f eine der Ursachen sind, die ein Rauschen in ausgelesenen Signalen
zur Folge haben, ist es wünschenswert, das
Auftreten der falschen Brennpunkte f auf das Minimum zu reduzie ren.
In diesem Zusammenhang wurde herausgefunden, dass die Vermeidung
zuverlässiger
erreicht werden kann, wenn die Linsenanordnung 10 eine
größere Anzahl
von Stablinsen 20a in einem begrenzten Raum enthält. In diesem
Zusammenhang ist die Bienenwabenanordnung, die in 2 gezeigt
ist, gegenüber
einer relativ spärlichen Stablinsenanordnung,
wie in 3 gezeigt, bevorzugt. Idealerweise kann der Durchmesser
jeder Stablinse 20a zum Verpacken einer größeren Anzahl von
Stablinsen 20a ferner in dem begrenzten Raum reduziert
werden.
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4 ist
ein dreidimensionales Simulationsdiagramm, das Leuchtkraft an und
um den Brennfleck P herum illustriert (siehe auch 1).
In diesem Diagramm repräsentiert
die Höhe
der ansteigenden Wellenformen die Größe der Leuchtkraft. Wie aus dem
Diagramm zu sehen ist, wird die Leuchtkraft am zweiten Brennpunkt
F2 am größten. Diese
Simulation setzte die folgenden Bedingungen ein: 0,2 mm für den Durchmesser
jeder Stablinse; 2 mm für
den Gesamtdurchmesser der Linsenanordnung 10; 0,6 mm für die Dicke
des Plattensubstrats (dessen Brechungsindex 1,59 ist); und 640 nm
für die
Wellenlänge
des Laserstrahls. Die numerische Apertur die durch diese Simulation
berechnet wurde beträgt 1,36,
was größer ist
als 1. Somit beträgt
der Durchmesser des Brennflecks (das heißt, der Durchmesser, der dort
gemessen wird, wo die Intensität
des fokussierten Lichts gleich 1/e2 der
Spitzenintensität
ist, wobei „e" die Basis des natürlichen
Logarithmus ist), der in der obigen Simulation erhalten wird, 0,32 μm (der theoretische
Durchmesser beträgt
0,39 μm).
Es sollte beachtet werden, dass der herkömmlich erzielbare Durchmesser
des Brennflecks 0,8-0,9 μm
beträgt,
was mehr als das doppelte des Ergebnisses ist, das durch die obige
Simulation erhalten wird. Das bedeutet, dass es mit der Verwendung
der Linsenanordnung 10, welche die vorliegende Erfindung
verkörpert,
möglich
ist, Daten entlang einer Spur einer optischen Platte zu schreiben
oder zu lesen, selbst wenn die Dichte der Daten größer ist
(doppelt oder mehr) als eine herkömmliche Standarddichte. Außerdem,
wenn der Abstand der benachbarten Spuren geringer gemacht wird (halb
oder weniger) als ein herkömmlicher
Standardabstand, kann die Speicherungskapazität einer optischen Platte größer sein (mindestens
vier Mal) als eine herkömmliche
Kapazität.
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5 und 6 zeigen
schematisch eine Linsenanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel wird zum Konvergieren
eines Laserstrahls erneut von einer Mehrzahl von Fokussierungslinsen 20 Gebrauch
gemacht. Die mittlere Fokussierungslinse ist eine Stablinse 20a,
welche eine flache Einfallsoberfläche und eine konvexe, Licht
emittierende Oberfläche
besitzt, wohingegen die anderen Fokussierungslinsen umlaufende,
ringförmige
Linsen 20b sind, welche die mittige Stablinse 20a konzentrisch
umgeben. Wie in einem vertikalen Schnitt (6) dargestellt,
ist jede ringförmige
Linse 20b auch mit einer flachen Einfallsoberfläche 21 und einer
konvexen Licht emittierenden Oberfläche 22 versehen. Daher
haben die Linsenanordnungen des ersten und des zweiten Beispiels
im vertikalen Schnitt ein im Wesentlichen gleiches Erscheinungsbild.
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Die
obige Ähnlichkeit
zwischen dem ersten und dem zweiten Beispiel bedeutet, dass sie
die gleichen Funktionen ausführen
können.
Somit wird bei der Verwendung der Linsenanordnung 10 des
zweiten Beispiels der parallele Laserstrahl B, der an der Linsenanordnung 10 einfällt, veranlasst,
am ersten Brennpunkt F1 zu konvergieren, der sich an der Oberfläche des
transparenten Plattensubstrats D1 oder innerhalb des gleichen Plattensubstrats
befinden kann. Andere Merkmal, die im Zusammenhang mit dem ersten
Beispiel beschrieben wurden (wie z.B. die die Lage betreffende Rela tion
zwischen den Einfallsoberflächen 21 und
die Relation zwischen den optischen Längen der Lichtwege), sind auch
auf die Linsenanordnung 10 des zweiten Beispiels anwendbar.
Somit wird der Laserstrahl, der von dem ersten Brennpunkt F1 ausgesendet
wird, in diesem Beispiel erneut an einem zweiten Brennpunkt F2 konvergieren,
der sich im Aufzeichnungsbereich der Platte D befindet, um einen
Brennfleck P bereitzustellen (siehe 6). Es sollte
beachtet werden, dass jeder erste Brennpunkt F1 des zweiten Beispiels
im Gegensatz zu denen des ersten Beispiels kein Punkt ist sondern
eine durchgehende kreisförmige
Linie. Somit ist es gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
möglich,
das Auftreten falscher Brennpunkte f zu reduzieren.
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7 und 8 zeigen
eine Linsenanordnung (gekennzeichnet durch das Bezugszeichen 10) gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die Linsenanordnung 10 dieses Ausführungsbeispiels
enthält
eine gewöhnliche
Linse 20n, die in der Mitte angeordnet ist, und eine Mehrzahl
konzentrischer, ringförmiger
Linsen 20b, welche die mittlere Linse 20n umgeben.
Die Funktion der illustrierten, ringförmigen Linsen 20b ist
die gleiche wie die der entsprechenden des zweiten Ausführungsbeispiels.
Wie schematisch in 8 gezeigt, wird das Licht, das
durch die mittlere Linse 20n fokussiert wird, mit anderem
Licht überlagert,
das durch die ringförmigen
Linsen 20b fokussiert wird. Demzufolge wird die Leuchtkraft
am zweiten Brennpunkt F2 deutlich erhöht, was einen reduzierten Durchmesser
des Brennflecks P impliziert. Somit kann ein Lesen und/oder Schreiben
von Daten hoher Dichte durchgeführt
werden.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung können andere Arten von Linsenanordnungen
vorgesehen werden. 9 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
solcher Linsenanordnungen. Die illustrierte Linsenanordnung 10'' enthält eine Mehrzahl von Stablinsen 20a,
wie in der Linsenanordnung 10, die in 1 gezeigt
ist. Die Linsenanordnung 10' enthält auch
eine Mehrzahl fester Immersionslinsen 20s, die in der Anzahl
den Stablinsen 20a entsprechen. Jede Immersionslinse 20s ist
in einer gegenüberliegenden
Relation zu der Licht emittierenden Oberfläche einer entsprechenden der
Stablinsen 20a angeordnet.
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Die
Stablinsen 20a und die Immersionslinsen 20s werden
durch ein Stützelement
S zusammen gehalten, das beispielsweise aus Harz hergestellt ist. In
dem illustrierten Ausführungsbeispiel
ist das Stützelement
S ein Gleiter. Wenn von unten (oder von oben) betrachtet, erscheinen
die Stablinsen 20a und die Immersionslinsen 20s wie
eine Bienenwabe (siehe 2). Die Einfallsoberfläche 21 jeder
Stablinse 20a ist so angeordnet, um in Position einer Wellenfront
des Laserstrahls B zu entsprechen. Die festen Immersionslinsen 20s können aus
einem Material hergestellt sein, welches einen hohen Brechungsindex
besitzt, wie auf den Seiten 99-101 der 691sten Ausgabe von „Nikkei
Electronics", veröffentlicht
im Juni 1997, offenbart.
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Üblicherweise
enthält
jede Immersionslinse 20s eine sphärische oder asphärische Einfallsoberfläche 23 und
eine flache, Licht emittierende Oberfläche 24. Jede Stablinse 20b und
die entsprechende Immersionslinse 20s arbeiten zusammen,
um den einfallenden Laserstrahl zu veranlassen, an einem ersten
Brennpunkt F1 zu konvergieren, ohne dass jegliche Aberration eingeführt wird.
Der erste Brennpunkt F1 kann sich an der Licht emittierenden Oberfläche 24 der
Immersionslinse 20s oder innerhalb des Körpers der
Immersionslinse 20s, nahe der Licht emittierenden Oberfläche 24,
befinden.
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In
der Umgebung des ersten Brennpunkts F1 wird das so genannte Nahfeldlicht
N erzeugt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird, da sich
der erste Brennpunkt F1 in nerhalb einer Substanz befindet, deren
Brechungsindex größer als
1 ist, der Durchmesser des Lichtflecks, der am ersten Brennpunkt
F1 geformt wird, ausreichend klein gemacht. Somit kann jedes Nahfeldlicht
N als eine diametrisch kleine Lichtquelle betrachtet werden.
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Wenn
die Länge
h jeder Stablinse 20 und die Distanz zu der Platte D genau
angepasst werden, wird Licht, das von den Nahfeldlichtern N emittiert wird,
am zweiten Brennpunkt genau fokussiert werden (das heißt, die
Leuchtkraft wird maximal), der sich im Aufzeichnungsbereich D2 der
Platte D befindet. Demzufolge wird der Brennfleck am zweiten Brennpunkt
F2 vorteilhaft zum Lesen und/oder Schreiben von Daten in Bezug auf
den Aufzeichnungsbereich D2 der optischen Platte D verwendet.
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Im
obigen Ausführungsbeispiel
können
die optischen Längen
der Lichtwege (die sich von der Einfallsoberfläche 21 jeder Stablinse 20b zum
zweiten Brennpunkt F2 über
die Licht emittierende Oberfläche 22 und
den ersten Brennpunkt F1 in der Immersionslinse 20s erstrecken)
erneut abgeglichen werden oder durch ein Vielfaches von λ verschieden gemacht
werden, wobei „λ" die Wellenlänge des
Laserstrahls ist.
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10 zeigt
in einem vertikalen Schnitt schematisch ein Beispiel eines optischen
Kopfs gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Der illustrierte optische
Kopf 40 enthält
einen Gleiter S und eine Linsenanordnung 10 (oder 10') gemäß dem ersten
Aspekt (oder dem zweiten Aspekt) der vorliegenden Erfindung. Im
Einsatz wird der Gleiter 5 veranlasst, über die Oberfläche der
Platte D in einem vorbestimmten Umfang zu gleiten.
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Der
optische Kopf 40 enthält
auch einen Mikrostellantrieb 41, um die Linsenanordnung 10 (10') relativ zum
Gleiter S vertikal zu bewegen. Mit anderen Worten veranlasst der
Mikrostellantrieb 41 die Linsenanordnung 10, sich
in Richtung auf und weg von der optischen Platte D zu bewegen, die
in gegenüberliegender
Relation zum optischen Kopf 40 gehalten wird. Der Mikrostellantrieb 41 kann
ein piezoelektrisches Element als eine Komponente zum Antreiben
der Linsenanordnung 10 enthalten.
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Das
Bezugszeichen 50 verweist auf eine Flüssigkristallplatte, die auf
der Seite der Einfallsoberflächen
der Linsen 20 angeordnet ist. Die Flüssigkristallplatte 50 ist
mit einer Korrekturfunktion versehen, um die Phase des Laserstrahls
so zu korrigieren oder anzupassen, dass er an jeder Linse 20 einfällt. In
dem illustrierten Ausführungsbeispiel
sind sowohl der Mikrostellantrieb 41 als auch die Flüssigkristallplatte 50 vorgesehen.
Es ist jedoch möglich,
nur einen von diesen vorzusehen.
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Wie
in 12 gezeigt, enthält die Flüssigkristallplatte 50 zwei
parallele, transparente Platten 51. Der Raum zwischen den
Platten 51 wird mit einem Flüssigkristall 52 gefüllt. Jede
transparente Platte 51 wird auf ihrer inneren Oberfläche mit
einer transparenten Elektrode 53 und einem Orientierungsfilm 54 versehen.
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Die
Flüssigkristallplatte 50 wird
jeweils in eine Mehrzahl von Abschnitten entsprechend den Fokussierungslinsen 20 der
Linsenanordnung 10 (10'')
aufgeteilt (siehe 11). Eine entsprechende Spannung
wird unabhängig
an jedem der Abschnitte über
die transparenten Elektroden 53 angelegt. Somit kann durch
unabhängiges
Steuern der Spannungen, die an den entsprechenden Abschnitten der Flüssigkristallplatte 50 angelegt
werden, die Orientierung von Flüssigmolekühlen in
jedem Abschnitt von der horizontalen Orientierung in die vertikale
Orientierung variiert werden, wie in 12 gezeigt.
Dies bedeutet, dass der Brechungsindex des Flüssigkristalls, das in jedem
Abschnitt enthalten ist, unabhängig
nach Bedarf variiert werden kann.
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Die
Distanz zwischen der Linsenanordnung 10 (10') und der optischen
Platte kann durch Steuern des Mikrostellantriebs 41 verändert werden.
Somit kann, wenn der Mikrostellantrieb beispielsweise basierend
auf Fokusfehlersignalen gesteuert wird, die Fokussteuerung automatisch
in schneller Antwort auf einen ungenauen Fokuszustand erreicht werden.
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Ferner
stattet die oben beschriebene Flüssigkristallplatte 50 den
optischen Kopf 40 mit den folgenden Funktionen aus. Zuerst
ist es durch gleichzeitiges Variieren der Brechungsindices der entsprechenden
Abschnitte der Platte 50 auf die gleiche Art und Weise
möglich,
eine genaue Fokussteuerung durchzuführen. Zweitens ist es durch
Verändern
der Brechungsindices der entsprechenden Abschnitte der Platte 50 möglich, die
Phase des Laserstrahls zu variieren, der an den entsprechenden Fokussierungslinsen 20 einfällt. Auf
diese Art und Weise kann die Position des zweiten Brennpunkts F2
im Aufzeichnungsbereich D2 der Platte D verschoben werden. Das bedeutet,
dass die Spursteuerung durchgeführt
werden kann, indem die Flüssigkristallplatte 50 gesteuert
wird.
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13 und 14 zeigen
schematisch ein Beispiel eines Geräts für eine optische Platte, welches
den oben beschriebenen optischen Kopf 40 verwendet. Das
illustrierte Gerät 60 für eine optische Platte
ist mit einem Datenzugriffsmechanismus versehen, der ähnlich zu
dem eines herkömmlich
verfügbaren
Festplattenlaufwerks ist. Eine optische Platte D wird angeordnet,
um sich um eine vertikale Spindel 61 zu drehen, wobei ihr
transparentes Substrat nach oben gerichtet ist. Ein Gleiter S, der
den obigen optischen Kopf 40 trägt, ist an einem Ende eines
ersten Schwenkarms 71 befestigt. An seinem gegenüberliegenden
Ende (nachfolgend als „Basisende" bezeichnet) wird
der erste Schwenkarm 71 schwenkbar durch einen vertikalen
Schaft 62 gelagert. Ein zweiter Schwenkarm 71 ist
auch um den vertikalen Schaft 62 schwenkbar und trägt einen
Gleiter Sa, um durch Modulieren des Magnetfelds eine Datenaufzeichnung durchzuführen. Eine
optische Einheit 63 ist an dem Basisende des ersten Schwenkarms
fixiert.
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Wie
am Besten in 14 gezeigt ist, ist ein Prisma 64 (welches
durch einen Spiegel ersetzt werden kann) an dem Gleiter S montiert,
um den Laserstrahl B (der von der optischen Einheit 63 parallel
zu dem ersten Schwenkarm 71 ausgesendet wird) in Richtung
auf die Einfallsseite der Linsenanordnung 10 zu richten.
Der dadurch gerichtete Laserstrahl wird an der Platte D reflektiert
werden, und dann dem gleichen Weg zurück zu der optischen Einheit 63 folgen.
Zum Veranlassen des ersten und des zweiten Schwenkarms 71, 72,
sich um den vertikalen Schaft 62 zu drehen, wird von einem
Antriebsmechanismus Gebrauch gemacht, der Magnete 73 und
eine Spule 74 enthält.
Nach einer Drehung der zwei Schwenkarme 71 und 72 werden
die Gleiter S und Sa, die daran befestigt sind, über oder unter die Platte bewegt,
um eine vorgeschriebene Suchoperation durchzuführen. Wie vorhergehend in Bezug
auf 10 beschrieben, trägt der Gleiter S des optischen
Kopfs 40 den Mikrostellantrieb 41 zum Durchführen einer
Fokussteuerung und/oder die Flüssigkristallplatte 50 zum
Durchführen
einer elektrischen Spurkontrolle. Auf diese Art und Weise kann der
Datenzugriffsmechanismus eines Geräts für eine optische Platte mit
einer einfachen Anordnung und einer geringen Dicke versehen werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann auf viele andere Wege variiert werden.
Beispielsweise können wie
in 15 gezeigt die Fokussierungslinsen 20 einer
Linsenanordnung konvexe Linsen 201 und Stablinsen 202 enthalten,
die zusammen mit den konvexen Linsen verwendet werden. Die Stablinsen 202 sind
angeordnet, um den Einfallsoberflächen der konvexen Linsen 201 zur
Phasenanpassung gegenüberzuliegen.
Fer ner können
wie in 16 gezeigt die Fokussierungslinsen 20 durch
die Verwendung eines Harzmaterials integral als eine einzelne Einheit ausgebildet
sein, solange sie funktionsmäßig unabhängig sind.
Außerdem
ist die optische Platte in den illustrierten Ausführungsbeispielen
als ein Beispiel optischer Aufzeichnungsmedien dargestellt. Jedoch ist
die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern ist auf andere
optische Aufzeichnungsmedien, wie z.B. eine optische Aufzeichnungskarte,
anwendbar.