KR100536105B1 - 구면수차 검출계 및 그것을 사용하는 광학장치 - Google Patents

구면수차 검출계 및 그것을 사용하는 광학장치 Download PDF

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KR100536105B1
KR100536105B1 KR10-1999-7005001A KR19997005001A KR100536105B1 KR 100536105 B1 KR100536105 B1 KR 100536105B1 KR 19997005001 A KR19997005001 A KR 19997005001A KR 100536105 B1 KR100536105 B1 KR 100536105B1
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

광학 빔의 구면수차는 그 광학 빔의 초점을 맞추고, 적어도 2개의 동심의 존(50, 51)에서 그 단면을 분리함으로써 결정된다. 이들 존을 관통하는 서브 빔은 초점 검출계(53, 52) 상에 각각 초점이 맞춰진다. 2개의 초점의 위치 사이의 거리는 광학 빔에 존재하는 구면수차에 대한 측정값이다.

Description

구면수차 검출계 및 그것을 사용하는 광학장치{SPHERICAL-ABERRATION DETECTION SYSTEM AND OPTICAL DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 광학 빔의 구면수차를 검출하는 구면수차 검출계, 그 검출계를 이용하여 기록매체를 주사하는 광학장치 및 투명층의 두께를 측정하는 장치에 관한 것이다.
최근, 구면수차에 대한 측정이 광학 기록의 분야와 관련되어 왔다. 광학 기록매체 상의 정보밀도는 기록매체 상에 정보를 판독 및 기록하기 위해 사용된 방사빔의 개구수(NA)를 증가시킴으로써 증가될 것이다. 이 기록매체는 종종 기록매체의 정보층을 보호하는 투명층을 통해서 주사된다. 투명층의 두께의 작은 편차는 투명층을 가로지르는 높은 개구수 방사빔에 의해 초래된 구면수차의 실질적인 변화를 일으킨다. 이 구면수차는 이중 렌즈(dual lens)의 대물렌즈계를 사용함으로써 감소될 것이다. 그러한 렌즈계는 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈를 갖는데, 제 2 렌즈는 제 1 렌즈와 기록매체 사이에 배치된 평철렌즈이면서, 평면(plano) 표면과 기록매체 사이의 작은 간격이다. 어떤 애플리케이션에 있어서는, 평철렌즈를 고체 침적렌즈라고 칭한다.
문헌 "High density optical disk system using a new two-element lens and a thin substrate disk" by F. Maeda et al, published in the proceeding of ISOM96 P.342-344는 그러한 이중렌즈의 대물렌즈계를 갖는 광학 기록계에 대해서 개시한다. 투명층의 두께의 편차에 의한 구면수차는 대물렌즈계의 평철렌즈의 축의 위치를 변경함으로써 보정된다. 이 렌즈계는 기록매체로부터 반사된 빔의 구면수차를 결정하고, 이 평철렌즈의 위치를 정하기 위해 이 값을 이용한다. 이 문헌은 반사된 빔의 구면수차의 양을 결정하기 위해 2가지의 방법을 제안한다. 첫 번째의 방법에 있어서, 기록매체로부터 판독된 정보신호의 엔벨로프 크기(envelope magnitude)가 측정되고, 구면수차가 최소값일 때 최대값을 갖는다. 두 번째의 방법에 있어서, 초점오차의 작용으로 초점오차 신호의 형상이 분석되고, 평철렌즈의 위치는 소망의 형상을 얻도록 최적화된다. 첫 번째의 방법은 정보신호의 존재를 필요로 하므로, 기록되지 않은 기록매체 위에 기록하는 데 적합하지 않은 방법으로 된다고 하는 단점을 갖는다. 두 번째의 방법은 초점오차 신호의 형상이 분석되고, 최상의 초점을 통해서 대물렌즈계를 워블링(wobbling)하는 것을 요구한다고 하는 단점을 갖는다. 워블링하는 동안, 광학 디스크 시스템의 판독 및 기록성능이 감소된다.
본 발명의 목적은 상기 단점을 갖지 않는 구면수차 검출계를 제공하는 데에 있다.
이 목적은 본 발명의 제 1 관점에 따라서, 광학 빔의 구면수차를 측정하는 구면수차 검출계가 각각 광학 빔의 단면의 복수의 동심 구역 중 한개로부터의 방사선과 관련된 초점오차 신호를 공급하는 복수의 초점 검출계와, 복수의 초점오차 신호로부터의 구면수차의 측정값을 유도하는 신호처리기를 구비할 때 달성된다.
본 발명은 구면수차를 갖는 빔의 주변광선 및 근축광선이 서로 다른 초점을 갖는다고 하는 인식에 근거한다. 본 발명에 따른 이 검출계는 빔 단면의 서로 다른 부분에 대한 초점의 위치를 측정하는 몇몇의 초점 검출계를 갖는다. 이 빔이 구면수차를 갖지 않으면, 주변광선 및 근축광선의 초점이 일치할 것이고, 서로 다른 초점 검출계는 동일한 초점의 위치를 검출할 것이다. 구면수차의 존재에 있어서, 초점의 위치는 서로 다를 것이고, 이들 위치 사이의 차에 의해 빔의 구면수차가 측정된다.
단순한 형태로, 구면수차 검출계는 빔의 주변광선 및 근축광선의 초점의 위치를 각각 결정하는 2개의 초점 검출계를 구비한다. 이 2개의 위치 사이의 차에 의해 빔의 구면수차가 측정된다.
구면수차 검출계의 특정 실시예에 있어서, 2개의 초점 검출계는 각각 4분면 검출기를 구비하고, 한개의 4분면은 다른 검출기 주변에 배치된다. 내부 4분면은 주로 내부 구역으로부터의 광선을 포획하고, 외부 4분면은 내부 구역 주변의 구역으로부터 광선을 포획한다.
본 발명에 따른 검출계의 특정 실시예는 광학 빔 내부에 배치되어, 광학 빔을 동심 구역들에 속하는 복수의 서브빔(sub-beam)으로 분할하는 빔 스플리터를 구비한다.
초점 검출계는 예컨대 비점수차 초점 검출방법, 푸코(Foucault) 초점 검출방법 또는 빔 사이즈 초점 검출방법 등의 어떤 한개의 초점 검출방법을 근거로 할 것이다. 비점수차의 방법이 사용될 때, 구면수차 검출계는 상기 빔 스플리터를 구비할 필요가 없다.
본 발명의 제 2관점에 따라서, 기록매체의 정보층을 광학적으로 주사하는 장치는 정보층 상에 방사빔의 초점을 맞추는 대물렌즈계, 기록매체로부터 나온 방사선의 구면수차를 나타내는 신호에 대한 출력을 갖는 구면수차 검출계를 구비하는데, 이 구면수차 검출계는 본 발명에 따른 구면수차 검출계의 특징을 갖는다.
본 발명의 제 3관점은 정면 및 이면을 갖는 투명층의 두께를 측정하고, 이면 상에 입구 표면을 통해서 방사빔의 초점을 맞추는 대물렌즈, 투명층으로부터 나온 방사선의 구면수차를 나타내는 신호에 대한 출력을 갖는 구면수차 검출계, 및 구면수차로부터 투명층의 두께를 유도하는 연산회로를 구비하는 장치에 관한 것이다.
본 발명의 목적, 이점 및 특징은 첨부된 도면에 예시된 바와 같이, 이하의 본 발명의 바람직한 실시예의 특정한 설명으로부터 분명해질 것이다.
도 1은 구면수차를 갖는 광학 빔을 나타내고,
도 2a, 2b, 2c는 비점수차의 구면수차 검출계, 그것의 분할 4분면 검출기 및 그것의 신호처리기를 나타내며,
도 3은 비점수차의 구면수차 검출계를 나타내고,
도 4는 비점수차의 구면수차 검출계를 나타내며,
도 5a 및 도 5b는 푸코 구면수차 검출계 및 그것의 신호처리기를 나타내고,
도 6은 대물렌즈에서 렌즈의 위치를 결정하는 구면수차 검출계를 이용하는 광학 플레이어를 나타내며,
도 7은 수차 보상기를 구동하는 구면수차 검출계를 이용하는 광학 플레이어를 나타내고,
도 8은 투명층의 두께를 측정하는 장치를 나타낸다.
도 1은 구면수차를 갖는 광학 빔을 나타낸다. 빔의 파면은 라인 1로 표시되어 있다. 이 빔이 구면수차를 갖지 않으면, 이 파면은 축(3)에 중심을 둔 구면(2)일 것이다. 도 1에서의 파면 1과 파면 2 사이의 차는 사이들(Seidel)표시에서 최하위 구면수차이다. 파면 1, 2는 축(3) 근처에서 동일한 곡선을 갖는다. 빔의 광선은 파면과 수직이다. 근축광선, 즉 광선 4, 5 등의 축에 가까운 광선은 이 축 상의 초점(6), 소위 근축초점에 도달한다. 광선 7, 8 등의 축으로부터 더 멀리 있는 광선은 초점(6)의 왼쪽에 위치된 도면에서의 초점 9에 도달한다. 주변광선, 즉 광선 10, 11 등의 빔의 가장자리 근처의 광선은 초점 9의 좌측에 위치된 도면에서의 초점 12, 소위 주변광선에 도달한다. 빔의 구면수차가 도면에 선으로 그린 상황과 반대의 사인을 가지면, 초점 9는 초점 6의 우측에 있을 것이고, 초점 12는 초점 9의 우측에 있을 것이다. 광학 빔에 배치되어 주로 빔의 근축광선을 포획하는 초점 검출계는 근축초점 6의 위치에 가깝거나 같은 초점 위치를 검출할 것이다. 동일한 빔에 배치되어 주로 주변광선을 포획하는 또 다른 초점 검출계는 주변초점 12의 위치에 가깝거나 같은 초점위치를 검출할 것이다. 이 2개의 검출된 초점의 차는 구면수차의 사인 및 크기의 측정이다. 광학 빔이 구면수차를 갖고 있지 않으면, 근축초점 및 주변초점이 일치할 것이고, 초점 검출계는 동일한 초점 위치를 검출할 것이다.
본 발명에 따르면, 광학 빔의 구면수차는 복수의 동심의 구역에서 빔을 분리하고, 이 구역의 각각의 초점을 검출하며, 이들 초점의 위치로부터 구면수차를 결정함으로써 측정될 수 있다. 구면수차가 압도적으로 최하위, 즉 Zernike A40항이면, 2개의 구역은 구면수차의 결정에 만족할 것이다. 이들 구역은 축(3)에 중심을 둔 중심 구역, 및 빔의 가장자리 근처의 환상 구역일 것이다. 이들 구역은 서로 인접할 필요는 없지만, 겹쳐지거나 일정한 간격을 유지할 것이다. 이들 구역이 겹쳐지면, 초점 검출계가 단순화되지만, 검출 정확도가 감소될 수도 있다. 이들 구역에 일정한 간격을 유지하면, 초점 위치는 보다 정확하게 검출되지만, 감소된 이들 구역의 면적은 검출 정확도를 감소시킨다. 구면수차가 최상위, 즉 Zernike A60항이면, 이들 구역의 개수는 바람직하게 2개보다 많다.
도 2a는 본 발명에 따른 구면수차 검출계의 실시예를 나타낸다. 렌즈(15)는 검출기(17) 상에 초점을 맞춘 방사빔(16)을 형성한다. 검출기의 전기적인 출력신호는 신호처리기(18)에 접속된다. 이 신호처리기는 구면수차 신호 SSA를 공급하고, 그 값은 광학 빔의 구면수차를 나타낸다. 검출기(17) 및 신호처리기(18)는 초검 검출계를 구성한다. 빔(16)은 렌즈(15)일지도 모르는 광학 소자로 비점수차를 일으킨다. 검출기(17)는 4개의 서브 검출기(21, 22, 23, 24)를 갖는 내부 4분면 검출기와, 4개의 서브 검출기(21', 22', 23', 24')를 갖는 내부 4분면 검출기를 갖는다. 빔(16)의 비점수차의 양은 내부 4분면 검출기의 크기에 순응함으로, 빔(16)의 근축광선에 의해 형성된 비점수차의 스폿은 내부 4분면 검출기 상에 주로 떨어지지만, 빔(16)의 주변광선의 초점 라인의 실질적인 에너지의 양은 외부 4분면 검출기 위에 떨어진다. 바람직하게는, 내부 4분면 검출기의 측면의 길이는 비점수차의 스폿의 측면의 길이의 0.3∼0.9배이고, 더 바람직하게는, 그 길이의 0.7∼0.8배이다. 서브 검출기(21∼24)의 전기적인 출력신호 S21∼S24는 각각 근축광선의 초점오차 신호를 형성하도록 결합되지만, 서브 검출기(21'∼24')의 전기적인 출력신호 S21'∼S24는 각각 주변광선의 초점오차 신호를 형성하도록 결합된다. 도 2c는 검출기(17)의 8개의 출력신호를 초래하는 신호처리기(18)의 실시예를 나타내는 것으로, 여기서 가산기(25∼32) 및 감산기(33∼38)는 내부 및 외부 4분면 검출기로부터의 초점오차 신호 SFE와, 내부 및 외부 4분면 검출기의 차 신호로부터의 구면수차 신호 SSA를 형성한다. 이들 신호는 다음의 수학식 1로부터 형성된다.
초점오차 신호 SFE는 빔(16)의 최상의 초점과 검출기(17)의 방사감도면 사이의 거리에 대한 측정값이다. 구면수차 신호 SSA는 빔(16)에 존재하는 구면수차에 대한 측정값이다.
도 3은 비점수차의 초점검출 원리에 근거한, 본 발명에 따른 구면수차 검출계의 제 2 실시예를 나타낸다. 빔 스플리터 입방체(40)는 그것의 분할면(42) 위에 배치된 미러(mirror)(41)를 갖는다. 이 미러는 제 1의 4분면 검출기(44)쪽으로 들어오는 빔(43)의 근축광선을 반사한다. 반사된 빔의 통로에서의 원통렌즈(46)는 빔의 비점수차를 소개한다. 입방체 빔 스플리터는 빔(43)의 주변광선을 통과하고, 이 주변광선은 원통렌즈(46)를 통과한 후에, 제 2의 4분면 검출기(47) 상에 입사된다. 4분면 검출기(44,47)는 명확함을 위해 도면에서 그 정면이 도시되어 있다. 도시되지 않은 신호처리기는 대향하는 서브 검출기의 출력신호의 2개의 합계 신호를 형성함으로써 제 1의 4분면 신호의 초점오차를 연산하고, 초점오차신호는 2개의 합계 신호의 차이다. 마찬가지로, 제 2의 4분면 검출기의 오류신호가 형성된다. 빔(43)의 초점오류는 2개의 4분면 검출기로부터의 초점오차신호의 합계로서 또는 초점오차신호 중 한개로서 취득될 수 있다. 빔(43)의 구면수차는 2개의 초점오차신호 사이의 차에 비례한다.
도 4는 비점수차의 원리에 또 근거한, 구면수차 검출계의 제 3 실시예를 나타낸다. 이 검출계는 측정되어야 할 빔의 근축광선이 쐐기(wedge)(50)에 의해 검출된다고 하는 것을 제외하고 도 3에 나타낸 것과 비슷하다. 이 쐐기는 빔을 제 1의 4분면 검출기(52)에 집중시키는 렌즈 또는 격자(51)의 일부일 수도 있다. 검출된 빔은 제 2의 4분면 검출기(53) 상에 초점이 맞춰진다. 광학 소자(54), 예컨대 원통 렌즈는 검출된 빔과 검출되지 않은 빔 양쪽에 비점수차를 준다. 구성소자(51, 54)는 원근법에 의해서 도시되고, 4분면 검출기는 명확함을 위해 정면으로 보이는 곳에 도시되어 있다. 2개의 4분면 검출기의 출력신호의 처리는 도 3에 나타낸 실시예의 처리와 비슷한 방법으로 실행된다.
도 3 및 도 4에 나타낸 실시예는 2개의 독립된 검출기를 갖는다. 이들 검출기는 구면수차없이 빔을 이용함으로써 검출계 내에 바람직하게 위치된다. 이들 위치는 양쪽 초점 검출계가 제로 초점오차를 나타낼 때 정정된다. 일반적으로, 도 2, 도 3 및 도 4의 실시예에서의 각 초점 검출계의 초점오차 신호가 증폭된다. 이 2개의 초점 검출계의 증폭은 단지 구면수차가 존재하지 않을 뿐 초점을 흐리게 함에 따라, 2개의 초점오차 신호의 차가 실질적으로 0이 되도록 조정되어야 한다. 실제의 증폭은 구역의 사이즈에 의존한다. 정확한 조정은 초점오차 신호와 구면수차 신호 사이의 크로스 토오크를 감소시킨다.
도 5a는 이중푸코 초점검출에 근거한, 본 발명에 따른 구면수차 검출계의 제 4 실시예를 나타낸다. 푸코 초점검출은 특히 미국 특허 제 4 665 310호로부터 공지되어 있다. 축(60)을 갖고 원근법으로 도시된 빔 스플리터(59)는 분리선(61)에 의해 2등분된다. 이 빔 스플리터는 또 분리선의 양쪽 측면 위에 2개의 부분(62,63)을 갖는 중심 구역과, 또 분리선의 양쪽 측면 위에 2개의 부분(64,65)을 갖는 외부 구역으로 분리된다. 모두 4개의 부분은 격자구조를 갖고, 바람직하게는 소망의 방향으로 방사선의 굴절을 증가시키도록 블레이즈(blaze)된다. 내부 부분(62)의 격자는 실질적으로는 축(60)쪽으로 지향되는 분리선의 양쪽 측면 위에 2개의 서브 검출기(66,67)를 갖는 분할 검출기쪽으로 근축광선을 편향시킨다. 마찬가지로, 내부 부분(63)의 격자는 또 실질적으로는 축(60)쪽으로 지향되는 분리선의 양쪽 측면 위에 2개의 서브 검출기(68,69)를 갖는 분할 검출기쪽으로 근축광선을 편향시킨다. 분할 검출기 상의 방사선 스폿(70,71)은 작은 반원으로 표시되어 있다. 2개의 외부 구역(64,65)의 격자는 서브 검출기(66',67',68',69')를 각각 갖는 분할 검출기쪽으로 주변광선을 편향시킨다. 이들 분할 검출기의 분리선은 모두 실질적으로 축(59)쪽으로 지향된다. 분할 검출기 상의 방사선 스폿(70',71')은 2개의 반원으로 표시된다.
도 5b는 초점오차 신호 SFE 및 구면수차 신호 SSA를 형성하는 신호처리기의 실시예를 나타낸다. 감산기(75∼78) 및 가산기(79, 80)는 검출기 출력신호 S66∼S69로부터의 초점오차 신호 SFE와 검출기 출력 신호 S66'∼S69'로부터의 초점오차 신호 S'FE를 형성하는 데, 여기서 SXX는 서브 검출기 XX의 출력신호이다. 이들 신호는 다음의 수학식 2로부터 형성된다.
초점오차 신호는 내부 및 외부 4분면 검출기의 초점오차 신호를 더함으로써, 즉 가산기(83)로 가산기(79, 80)의 출력신호를 더함으로써 형성될 수도 있다. 초점오차 신호 및 구면수차 신호는 2개의 대응하는 분할 검출기의 출력신호의 합에 의해 또는 모두 4개의 분할 검출기의 출력신호의 합에 의해 신호의 각각을 분리함으로써 분할 검출기 상에 입사된 방사선의 양에 의존하지 않게 된다. 감산기(81)는 근축초점오차신호 SFE로부터 주변초점오차신호 S'FE를 감산하여, 구면수차 신호 SSA를 형성한다. 조절 가능한 증폭 인자를 갖는 증폭기(82)는 감산기(81) 전에 배치되어 구면수차 누화(crosstalk)까지 초점오차를 낮추는 SFE에 필요한 증폭을 준다.
제 4 실시예는 분할 검출기(68, 69, 68', 69')를 2개의 단일 검출기로 교체함으로써 단일의 푸코 검출계로 변경될 수도 있다. 푸코 초점 검출계의 분할 검출기는 도 3 및 도 4에 나타낸 실시예에서 사용되어, 4분면 검출기와 교체될 수도 있다. 도 3, 도 4, 및 도 5의 실시예의 초점 검출은 특히 미국 특허 제 4 724 533호로부터 공지된, 소위 빔 사이즈 방법에 따라 수행될 것이다.
본 발명에 따른 구면수차 검출계는 유리하게 광학 플레이어에 사용될 수 있다. 도 6은 광학 기록매체(85)를 주사하는 광학 플레이어를 나타낸다. 기록매체는 투명층(86)을 구비하는 데, 이 투명층의 한개의 측면 상에는 정보층(87)이 배치된다. 투명층으로부터 떨어져 향하는 정보층의 측면은 보호층(88)에 의해 환경적인 영향으로부터 보호된다. 이 장치를 향하고 있는 투명층의 측면은 입구면(entrance face)(89)라고 칭한다. 투명층(86)은 정보층에 대한 기계적인 지원을 제공함으로써 기록매체에 대한 기판으로서 작용한다. 양자택일로, 투명층은 정보층을 보호하는 단 한개의 기능을 갖고, 이 기계적인 지원은 정보층 상의 한개의 층에 의해 예컨대, 보호층(88)에 의해 또는 정보층과 정보층(87)에 접속된 투명층에 의해 제공된다. 정보는 실질적으로 병렬로 배치된 광학적으로 검출 가능한 마크, 도면에 표시되어 있지 않은 동심 또는 나선형의 트랙의 형태로 기록매체의 정보층(87) 내에 저장될 것이다. 이 마크는 광학적으로 판독 가능한 형태, 예컨대 피트(pit), 또는 반사 계수 또는 그들 주변과 다른 자화의 방향을 갖는 영역의 형태, 또는 이들 형태의 결합일 것이다.
주사장치는 드라이버(89)에 의해 제어되는 방사원(90), 예컨대 분기하는 방사빔(91)을 방사하는 반도체 레이저를 구비한다. 빔 스플리터(92)는 렌즈계쪽으로 방사선을 투과시킨다. 렌즈계는 집광 렌즈(93), 대물렌즈(94) 및 평철렌즈(95)를 구비한다. 집광 렌즈(93)는 분기하는 방사빔(91)을 집광된 빔(96)으로 변경한다. 광축(97)을 갖는 대물렌즈(94)는 집광된 방사빔(96)을 렌즈(95) 상에 입사된 수렴 빔(98)으로 변환한다. 집광 렌즈(93) 및 대물렌즈(94)는 단일 렌즈로 결합될 것이다. 평철렌즈(95)는 입사된 빔(98)을 정보층(87) 상의 초점(100)에 도달하는 수렴 빔(99)으로 변경한다. 평철렌즈(95)는 볼록한 표면과 평평한 표면을 갖는다. 이 평평한 표면은 투명층(89)에 면하고 있고, 렌즈와 층 사이에 간극을 형성한다. 렌즈(95)는 또한 양면이 볼록한 렌즈 또는 볼록-오목렌즈일 수도 있고, 어쩌면 1개 또는 2개의 비구면을 갖고 있을 것이다. 대물렌즈(94)가 단일 렌즈 소자로서 도면에 표시되지만, 이 렌즈는 몇몇의 소자를 구비할 것이고, 또 투과 또는 반사시 작용하는 홀로그램 또는 방사빔을 운반하는 도파관 밖에서 방사선을 결합하는 격자를 구비할 것이다. 정보층(87)에 의해 반사된 수렴 빔(99)의 방사선은 전방의 수렴빔(98)의 광 통로로 반환하는 반사된 빔(101)을 형성한다. 대물렌즈(94) 및 집광 렌즈(93)는 반사된 빔(101)을 수렴하는 반사된 빔(102)으로 변환한다. 빔 스플리터(92)는 도 5a에 나타낸 빔 스플리터(59)와 비슷한 유형이고, 내부 구역(103)과 외부의 환상의 구역(104)을 갖는다. 중심 구역(103) 상에 입사된 빔(102)의 방사선의 일부는 검출기(105)쪽으로 편향되고, 외부 구역(104) 위에 입사된 빔(102)의 방사선의 일부는 검출기(106)쪽으로 편향된다. 이 검출기는 도 5a에 나타낸 바와 같이 단일 분할 검출기 또는 이중 분할 검출기이다. 검출기의 출력신호는 신호처리기(107) 내에서 처리된다. 신호처리기는 도 5b에 관하여 설명한 바와 같이 푸코 방법에 따른 초점오차 신호 SFE와 구면수차 신호 SSA를 형성한다. 신호처리기는 또 정보신호 SI를 형성하는 데, 이것의 값은 정보층(87)으로부터 판독된 정보를 나타낸다. 이 정보는 몇몇의 서브 검출기의 출력신호를 부가함으로써 형성될 것이다.
초점오차 신호는 도면에 도시하지 않은 액추에이터를 구동하는 제 1 서보 제어기(108)에 대한 입력으로서 사용된다. 이 액추에이터는 대물렌즈(94)의 축 위치를 제어하는 것에 의해, 실질적으로 정보층(87)의 평면과 일치하도록 초점(100)의 축 위치를 제어한다. 1개 또는 그 이상의 방사감도 검출소자 및 초점오류를 발생시키기 위해 사용된 검출소자의 출력신호를 생성하는 신호처리기를 포함하는 검출계의 일부는 초점오차 검출계라고 불려진다. 렌즈계의 위치를 정하는 초점 서보계는 초점오차 검출계, 초점 서보 제어기 및 렌즈계를 이동시키는 액추에이터를 구비한다.
방사빔이 이 층의 설계 두께보다 두꺼운 투명층을 통해서 초점이 맞춰져야 할 때 발생하는 구면수차는 렌즈(95)의 축 위치를 변경함으로써 보정된다. 이 변경에 의해 평철렌즈는 두꺼운 투명층에 의해 생성된 수차를 삭제하는 구면수차의 양을 변경배율 때문에 생성한다. 이것을 끝으로 구면수차 신호 SSA는 도면에 도시되어 있지 않은 액추에이터를 구동하는 제 2 서보 제어기(109)에 공급된다. 액추에이터는 평철렌즈(95)의 축 위치를 제어한다. 렌즈(95)에 대한 서보계는 구면수차가 최소값을 갖는 축 위치에서 렌즈를 보유한다.
렌즈(95)의 축 위치가 변경되면, 초점(100)의 축 위치도 일반적으로 변경될 것이다. 따라서, 이 변경에 의해 빔(99)의 구면수차뿐만 아니라 초점의 흐려짐이 발생한다. 대물렌즈(94)에 대한 초점 서보계는 정보층(87)으로 다시 초점을 이동시킬 것이다. 초점 서보계에 대한 요구는 감소될 것이고, 초점(100)의 위치결정은 2개의 서보계 사이에 피드포워드 브렌치(feed-forward branch)를 부가함으로써 향상된다. 게다가 또 구면수차 신호 SSA는 피드포워드 브렌치의 소망의 이득을 얻기 위해 증폭기(110)에 의해 증폭된다. 증폭기의 출력신호는 초점오차 신호 SFE에 출력신호를 더하는 가산기(111)에 공급된다.
본 발명에 따른 구면수차 검출계는 또 도 7에 나타낸 바와 같이 다층 광학 재생장치 시스템에 유익하게 사용될 것이다. 기록매체(85')는 스페이서(spacer)층에 의해 분리된 2개의 정보층(87, 87')을 갖는다. 광학 플레이어는 대물렌즈(94)의 축 이동을 통해서 초점(100)의 축 위치를 변경함으로써 한개의 정보층에서 또 다른 정보층으로 변경할 수 있다. 서로 다른 정보층에 대한 빔(99)에 의해 관통된 기록매체 재료의 서로 다른 양은 구면수차를 변경하고, 기록매체는 빔에 도입된다. 이들 변경은 방사원(90)과 초점(100) 사이의 광 통로 내에 배치된 구면수차 보상기(115)에 의해 보정된다. 이 구면수차 보상기는 위상 시프트를 보상기를 통과하는 파면에 주는 데, 이 위상 시프트의 크기 및 사인은 파면의 위치에 의존한다. 보상기는 예컨대 액정 셀 또는 변형 가능한 접는 미러일 것이다.
신호처리기(107)는 도 6에 나타낸 실시예에서와 같이 형성된 초점오차 신호 SFE 및 구면수차 신호 SSA를 공급한다. 초점오차 신호는 대물렌즈(94)를 축을 중심으로 교체하는 도시하지 않은 액추에이터를 구동하는 초점 서보 제어기(108)에 공급된다. 구면수차 신호는 보상기(115)를 구동하는 수차 제어기(116)에 공급된다. 초점(100)의 위치의 변경에 의해 발생된 구면수차는 소자(92, 105, 106, 107)를 구비하는 구면수차 검출계에 의해 검출되어, 보상기(115)에 반환될 것이다. 따라서, 최소한의 구면수차가 정보층이 주사되는 것에 관계없이 획득된다.
본 발명에 따른 구면수차 검출계는 투명층의 두께를 측정하기 위한 장치에 사용될 것이다. 도 8은 테스트를 받은 장치 및 투명층(120)을 나타낸다. 도 7에 나타낸 장치 내의 소자와 비슷한 장치의 소자들은 동일한 참조번호를 갖는다. 방사빔(91)은 정면(121)을 통해서 이 층의 이면(122) 위에 초점이 맞춰진다. 정면을 통해서 반사된 방사선은 반사된 빔의 구면수차를 측정하는 소자(92, 105, 106)를 구비하는 구면수차 검출계에 의해 포획된다. 구면수차가 이 층의 두께와 직선형으로 관련되어 있으면, 구면수차는 이 층의 두께에 대한 알맞은 측정값이다. 연산회로(123)는 측정된 구면수차, 투명층 상에 입사된 반사빔의 개구수의 값 및 투명층의 굴절률로부터 투명층(120)의 두께를 유도한다. 구면수차가 초점이 맞춰진 빔의 개구수에 의존하기 때문에, 작은 개구수의 빔은 비교적 두꺼운 두께를 측정하기 위해 사용되고, 높은 개구수의 빔은 비교적 얇은 두께를 측정하기 위해 사용된다. 그 때문에, 이 장치는 집광 렌즈(93)로부터 나온 빔의 단면을 증가시키거나 감소시키기 위한 조절 가능한 빔 신장기(124)를 구비할 것이다. 빔 신장기의 대물렌즈측의 작은 단면은 투명층(120) 상에 대물렌즈(94)에 의해 초점이 맞춰진 빔의 작은 개구수와 같다. 아주 얇은 두께의 층에 의해 발생된 구면수차가 보정되면, 이 장치는 아주 얇은 두께로부터 작은 편차를 측정하기 위해 사용될 것이다. 그러한 보정은 구면수차 보상기(115)에 의해 수행될 것이다. 두께 측정의 정확도는 밀리미터 주문의 전체 두께에 대한 거의 없는 마이크로미터로 검출된다.
도 2, 도 3, 도 4 또는 도 5에 나타낸 검출계 중 어느 한개가 도 6 및 도 7의 플레이어 및 도 8의 측정장치에 사용된다고 하는 것은 분명한 사실이다.

Claims (11)

  1. 광학 빔의 구면수차를 측정하는 구면수차 검출계에 있어서, 각각이 광학 빔의 단면의 복수의 동심 구역 중의 한개로부터 방사선과 관련된 초점오차 신호를 공급하는 복수의 초점 검출계와, 복수의 초점오차 신호로부터 구면수차의 측정값을 유도하는 신호처리기를 구비한 것을 특징으로 하는 구면수차 검출계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    복수의 초점 검출계 중 한개는 제 1의 4분면 검출기를 구비하고, 복수의 초점 검출계 중 또 다른 한개는 제 1의 4분면 검출기 주변에 배치된 제 2의 4분면 검출기를 구비한 것을 특징으로 하는 구면수차 검출계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    중심 구역 및 환상 구역에 속하는 초점오차 신호를 공급하는 2개의 초점 검출계를 구비하고, 상기 구면수차는 중심 구역 및 환상 구역에 속하는 초점오차 신호의 차에 비례하는 것을 특징으로 하는 구면수차 검출계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    광학 빔 내부에 배치되어, 광학 빔을 동심 구역들에 속하는 복수의 서브빔으로 분할하는 빔 스플리터를 구비한 것을 특징으로 하는 구면수차 검출계.
  5. 제 1 항에 있어서,
    적어도 한 개의 초점 검출계는 비점수차 초점 검출계, 푸코 초점 검출계 또는 빔 사이즈 초점 검출계인 것을 특징으로 하는 구면수차 검출계.
  6. 기록매체의 정보층을 광학적으로 주사하며, 정보층 상에 방사빔의 초점을 맞추는 대물렌즈계와, 기록매체로부터 나온 방사선의 구면수차를 나타내는 신호에 대한 출력을 갖는 구면수차 검출계를 구비한 주사장치에 있어서, 구면수차 검출계는 청구항 1에 기재된 구면수차 검출계의 특징을 갖는 것을 특징으로 하는 주사장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    대물렌즈계는 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈를 갖고, 상기 제 2 렌즈는 제 1 렌즈와 기록매체 사이에 배치되며, 상기 장치는 그것의 광축을 따라 제 2 렌즈의 위치를 제어하는 제 2 서보계를 구비하고, 상기 구면수차 검출계의 출력은 제 1 서보계의 입력에 접속되는 것을 특징으로 하는 주사장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    대물렌즈계는 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈를 갖고, 상기 제 2 렌즈는 제 1 렌즈와 기록매체 사이에 배치되며, 상기 장치는 방사빔의 초점과 정보층 사이의 초점오차를 나타내는 신호에 대한 출력을 갖는 초점 검출계를 구비하며, 상기 출력은 그것의 광축을 따라 제 1 렌즈의 위치를 제어하는 제 1 서보계에 접속되는 것을 특징으로 하는 주사장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    구면수차 검출계의 출력은 제 1 서보계의 입력에 접속되어, 제 1 렌즈의 위치에 구면수차 신호의 전방부를 공급하는 것을 특징으로 하는 주사장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    방사빔 내에 배치된 구면수차 보상기를 구비하고, 상기 구면수차 검출계의 출력은 상기 구면수차 보상기의 입력에 접속되는 것을 특징으로 하는 주사장치.
  11. 정면 및 이면을 갖는 투명층의 두께를 측정하며, 정면을 통해서 이면 위에 방사빔의 초점을 맞추는 대물렌즈계와, 투명층으로부터 나온 방사선의 구면수차를 나타내는 신호에 대한 출력을 갖는 구면수차 검출계와, 구면수차로부터 투명층의 두께를 유도하는 연산회로를 구비한 측정장치에 있어서, 상기 구면수차 검출계는 청구항 1에 기재된 구면수차 검출계의 특징을 갖는 것을 특징으로 하는 측정장치.
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