KR100729346B1 - 2가지 형태의 기록매체를 위한 광학 주사장치 - Google Patents

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KR100729346B1
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

서로 다른 두께의 그것의 투명층(2; 32)을 갖는 2가지 형태의 기록매체(1; 31)를 주사하고, 초점오차 신호(Sf)를 발생하기 위해 비점수차 부재(24)가 4분할 검출기(22)와 조합하여 사용되는데 적합한 광학 주사장치에 있어서, 한가지 형태의 기록매체(31)를 주사할 때 발생되는 이 신호는, 상기한 한가지 형태의 기록매체로부터 온 빔의 중앙부에만 비구면 표면 프로파일을 배치함으로써 상당히 향상될 수 있다.
광학 주사장치, 비점수차, 기록매체, 비구면, 구면수차, 투명층

Description

2가지 형태의 기록매체를 위한 광학 주사장치{OPTICAL SCANNING DEVICE FOR TWO TYPES OF RECORD CARRIERS}
본 발명은, 제 1 정보층 및 제 1 두께를 갖는 제 1 투명층을 구비한 제 1 형태의 기록매체와, 제 2 정보층 및 상기 제 1 두께와 다른 두께를 갖는 제 2 투명층을 구비한 제 2 형태의 기록매체를 광학적으로 주사하는 광학 주사장치로서, 주사빔을 공급하는 방사원과, 상기 주사빔을 상기 제 1 정보층 및 제 2 정보층상에 수속시키는 대물계와, 상기 정보층으로부터 오는 변조된 상기 주사빔을 전기신호로 변환하는 방사선 감지검출기를 구비하고, 상기 검출기의 방사선 감지 표면은 상기 제 1 형태의 기록매체로부터 오는 상기 주사빔의 전체의 방사선 및 상기 제 2 형태의 기록매체로부터 오는 상기 주사빔의 중앙부분으로부터의 방사선을 수신하도록 하는 유효한 크기를 갖는 광학 주사장치에 있어서, 상기 중앙부분의 단면과 동일한 크기를 갖는 비구면은 상기 대물계와 방사선 감지 검출기의 사이에서 상기 변조된 주사빔의 경로에만 존재하는 것을 특징으로 하는 광학 주사장치에 관한 것이다.
일반적으로, 광 기록매체 내부의 투명층은 외부의 영향으로부터 정보층을 보호하고 정보층에 기계적인 지지를 제공하기 위한 것으로, 즉 투명층은 정보층에 대한 지지체로서의 기능을 한다. 투명층의 두께는, 기록매체에 원하는 강성을 제공하는데 바람직한 두께와, 투명층에 입사된 주사빔의 개구수(NA)와 연계하여 바람직한 두께 사이의 절충 두께에 해당한다. 기록매체 측에 있는 대물렌즈의 NA는 주사장치가 가져야 하는 해상도에 의해, 즉 정보층의 정보밀도에 의해 결정된다. 일반적으로, 더 큰 정보밀도를 위해서는 더 높은 NA가 필요하다. 더 큰 정보밀도를 가져, 더 높은 NA를 필요로 하는 예상되는 신규한 기록매체에 대해, 정보층의 두께를 줄여 초점의 품질 또는 주사 스폿에 대한 기록매체의 경사의 영향을 줄이는 것이 종종 필요하다. 실제로, 이와 같은 영향은 더 높은 NA에서 더 커진다. 더 큰 정보밀도를 갖는 새로운 기록매체의 출현으로, 서로 다른 두께의 투명층을 갖는 서로 다른 형태의 기록매체가 시판될 것이다. 겸용의 주사장치는 투명층의 두께에 무관하게 서로 다른 형태의 기록매체를 주사할 수 있어야 할 것이다. 본 발명에 있어서, 주사는 정보를 판독, 기록 및/또는 소거하기 위해 주사빔과 정보층으로 이루어진 주사 스폿을 서로에 대해 움직이는 것을 의미한다.
주사빔이 통과하는 투명층은 주사빔 내부에 구면수차를 도입한다. 대물계의 설계에 있어서, 이 대물계가 상기한 구면수차를 보상할 수 있도록 투명층을 고려할 수 있다. 그러나, 주어진 대물계는 주어진 두께의 투명층만 보상할 수 있기 때문에, 겸용 주사장치에 대해 예상되는 것과 같이, 서로 다른 두께를 갖는 기록매체를 주사하기 위해 이 대물계를 사용할 때, 덜 보상되거나 너무 보상된 구면수차로 인해 주사 스폿의 품질이 열화된다.
US-A 5,708,638(PHN 15.724)에는, 예를 들어 DVD로 알려진 기록매체와 같이, 더 큰 정보밀도를 갖는 제 1 형태의 기록매체를 주사하도록 설계된 겸용 주사장치에 대해 개시되어 있다. 예를 들면, CD로 알려진 기록매체와 같이, 더 작은 밀도를 갖는 제 2 형태의 기록매체를 주사할 때 구면수차의 악영향을 배제하기 위해, 검출기가 동공(pupil)위 중앙부, 즉 이 기록매체로부터 온 주사빔의 중앙부로부터 온 방사선만 수신하도록 확보되었다. 제 1 형태의 기록매체를 주사할 때, 검출기는 이 기록매체로부터 온 전체 주사빔의 방사선을 수신한다. 예를 들어, 제 1 형태의 기록매체를 주사할 때, 검출기의 방사선 감지 표면의 크기가 검출기의 위치에 있는 주사빔의 단면과 동일한 한편, 제 2 형태의 기록매체를 주사할 때 방사선 감지 표면이 제 2 기록매체로부터 온 주사빔의 빔 단면의 중앙부만을 포함하도록 방사선 감지 표면의 크기를 변형시킴으로써, 이들 조건이 충족될 수 있다. 제 2 형태의 기록매체를 주사할 때 발생하는 구면수차가 주로 주사빔의 주변부에서 발생한다는 사실을 이용한다. 예를 들어, 동공 직경의 55%에 해당하는 동공 직경의 중앙부로부터 온 방사선만을 검출하고, 이 빔의 주변부를 검출하지 않음으로써, 빔은 이와 같은 검출기에 대해 구면수차를 거의 갖지 않게 되는 한편, 이 빔은 여전히 만족스러운 신호를 공급하기 위한 충분한 강도를 갖게 된다.
검출기는, 기록매체로부터 판독된 정보를 나타내는 정보신호 뿐만 아니라, 초점오차 신호도 공급한다. 대물렌즈의 초점 평면과 정보층의 평면 사이의 축방향의 편차를 나타내는 후자의 신호는, 예를 들어 대물렌즈를 축방향으로 변위시킴으로써, 초점의 축방향 위치를 교정하는데 사용된다. 초점오차 신호는, 예를 들면, 비점수차 부재, 예를 들어 원통형 렌즈를 대물렌즈와 검출기 사이의 반사된 주사빔의 경로에만 설치함으로써 얻어질 수 있으며, 이 부재는 빔을 비점수차 빔으로 변환한다. 이와 같은 빔은, 정보층에 대해 주사 스폿의 초점의 축방향 변위가 일어났을 때 검출기의 평면에 형성된 방사선 스폿의 형태가 변하는 특성을 갖는다. 이와 같은 형태의 변화는 4개의 별개의 검출기 부재로 구성된 검출기를 사용하여 관측될 수 있다. 이들 검출기 부재의 출력신호를 일정한 방식으로 조합함으로써, 비 점수차 초점오차 신호로 불리는 초점오차 신호를 얻을 수 있다. 그러나, 제 2 형태의 디스크를 주사하기 위해 상기한 작은 검출기 표면을 갖는 겸용 주사장치에 있어서의 비점수차 초점 검출방법을 사용할 때, 원하는 초점오차 신호가 얻어지지 않는다는 것이 밝혀졌다. 제로값 근처에서 가파른 경사를 갖는 부드러운 S 곡선 대신에, 초점오차 신호의 그래프는 제로값 근처에서 들쭉날쭉한 변화와 작은 경사를 가지므로, 얻어진 초점오차 신호는 실용적으로 매우 잘 사용될 수 없다.
결국, 본 발명의 목적은, 제 1 형태의 기록매체를 주사할 때 얻어지는 신호를 희생하지 않으면서, 제 2 형태의 기록매체를 주사할 때 적절한 초점오차 신호가 얻어지는, 서두에 기재된 형태의 광학 주사장치를 제공함에 있다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 주사장치는, 상기 중앙부의 단면과 동일한 크기를 갖는 비구면 표면이 대물계와 검출기 사이에 있는 변조된 주사빔의 경로에만 존재하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 제 2 형태의 기록매체를 주사할 때, 동공 직경의 중앙부 외부에 있는 주사빔의 방사선이 4분할 검출기 상에 여전히 부분적으로 입사한다는 착상에 근거를 두고 있다. 이 빔 부분은 구면수차를 나타내기 때문에, 이와 같은 검출기는 비점수차 뿐만 아니라 구면수차를 나타내는 빔을 검출한다. 그 결과, 검출기 상에 형성된 방사선은 초점오차가 발생할 때 더 이상 잘 검출할 수 있는 형태의 변화를 갖지 않게 된다. 주사장치의 검출 분기부 내부에, 즉 기록매체로부터 온 빔의 경로와 동공 직경의 중앙부에만, 추가적인 비구면 프로파일을 설치함으로써, 이와 같은 구면수차가 보상된다. 그 결과, 검출기의 방사선 감지 표면에 의해 수신된 빔은, 제 2 기록매체를 주사할 때에도, 구면수차를 충분히 겪지 않으므로, 만족스러운 초점오차 신호를 유도하게 된다.
비점수차 부재는 변조된 주사빔의 경로에만 배치된 주사장치의 일 실시예는, 상기 비구면이 비점수차 부재의 표면에 의해 구성되는 것을 더 특징으로 한다.
이에 따르면, 구면수차를 교정하기 위해, 검출기 분기부 내부에 추가적인 부재를 배치할 필요가 없으므로, 재료비와 조립 시간을 절약할 수 있다. 변조된 빔을 비점수차를 갖도록 만들기 위해서는, 별도의 원통형 렌즈 뿐만 아니라, 이와 달리 주사장치의 다른 구성요소로 구성될 수 있는 비점수차 부재가 필요하므로, 이 빔으로부터 초점오차 신호를 유도할 수 있다.
비점수차 부재는 회전 대칭 렌즈와 일체화된 원통형 렌즈로 구성되고, 원통형 렌즈가 주사장치의 바람직한 실시예는, 상기 비구면 표면은 회전 대칭 렌즈의 표면에 의해 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이와 같은 발명내용과 또 다른 발명내용은 이하에서 설명되는 실시예를 참조하여 더욱 명확해질 것이다.
도면에 있어서,
도 1은 제 1 형태의 기록매체를 주사하는 동안 주사빔 방사 경로를 갖는 종래의 주사장치의 일 실시예이고,
도 2는 제 2 형태의 기록매체를 주사하는 동안 주사빔 방사 경로를 갖는 동일한 주사장치를 나타낸 것이며,
도 3은 비점수차 초점오차 신호 발생의 원리를 나타낸 것이고,
도 4는 제 2 형태의 기록매체를 주사할 때 서로 다른 초점 설정에서 이 주사장치의 검출기 상에 형성된 방사선의 개략도를 나타낸 것이며,
도 5는 제 2 형태의 기록매체를 주사할 때 종래의 주사장치에서 발생된 초점오차 신호를 나타낸 것이고,
도 6은 제 2 형태의 기록매체를 주사할 때 서로 다른 초점 설정에서 본 발명에 따른 주사장치의 검출기 상에 형성된 방사선 스폿의 개략도를 나타낸 것이며,
도 7은 제 2 형태의 기록매체를 주사할 때 본 발명에 따른 주사장치에서 발생된 초점오차 신호를 나타낸 것이고,
도 8은 제 1 형태의 기록매체를 주사할 때 서로 다른 초점 설정에서 본 발명에 따른 주사장치의 검출기 상에 형성된 방사선 스폿의 개략도를 나타낸 것이며,
도 9는 제 1 형태의 기록매체를 주사할 때 본 발명에 따른 주사장치에서 발생된 초점오차 신호를 나타낸 것이고,
도 10은 본 발명에 따른 주사장치의 일 실시예를 나타낸 것이며,
도 11은 이 장치에서 사용되는 비구면 프로파일을 갖는 일체화된 광학부재를 나타낸 것이고,
도 12는 본 발명에 따른 비구면 프로파일의 일례를 나타낸 것이다.
도 1은 제 1 형태의 기록매체(1)와 제 2 형태의 기록매체(31)(도 2)를 주사하는 겸용 주사장치를 나타낸 것이다. 그것의 작은 부분만을 반경방향의 단면으로 나타낸 기록매체(1)는 투명층(2)을 갖고, 그것의 일측에는 정보층(3)이 설치된다. 투명층으로부터 멀리 떨어진 정보층의 일측은 보호 코팅(4)에 의해 외부의 영향으로부터 보호된다. 투명층은 정보층을 기계적으로 지지하기 때문에, 투명층은 기록매체의 지지체로서의 기능을 수행한다. 이와 달리, 투명층은 보호 기능만을 갖는 한편, 기계적인 지지는 정보층의 다른 면에 있는 층에 의해, 예를 들면, 보호 코팅(4) 또는 또 다른 투명층과 정보층(3) 상에 설치된 정보층의 조합에 의해 주어질 수 있다. 정보층 내부에 거의 평행하거나, 동심을 이루거나 나선형의 트랙으로 배치된 광학적으로 검출가능한 복수의 영역의 형태를 갖는 정보는 기록매체 상에 기록될 수 있는데, 이들 트랙은 도 1에는 도시되지 않았지만. 이 도면에 도시된 단면에서 도면의 평면에 수직하게 존재한다. 복수의 정보 영역은 임의의 광학적으로 판독가능한 형태를 가질 수 있으며, 예를 들면 서로 다른 반사계수 또는 그것의 주변부와 다른 자화 방향을 갖는 복수의 피트 또는 영역이거나, 이들은 이들 형태의 조합일 수 있다. 기록매체(1)는, 예를 들면, DVD로 알려진 형태를 가지며, 큰 정보밀도를 갖고, 그것의 투명층(2)은 비교적 작은 두께, 예를 들면 0.6 mm를 갖는다.
주사장치는, 발산하는 방사빔, 즉 주사빔(6)을 방출하는 방사원(5), 예를 들면, 다이오드 레이저를 구비한다. 이 빔은 거울(7)에 의해 시준렌즈(8)로 반사된다. 이 렌즈는 빔을 대물렌즈(10) 상에 입사되는 평행 빔(9)으로 변환한다. 이 렌즈는 빔을 정보층(3) 상에 초점, 즉 주사 스폿(13)을 형성하는 수렴하는 빔(12)으로 변환한다. 시준렌즈와 대물렌즈는, 발산하는 빔(6)을 수렴하는 빔(12)으로 변환하는 단일 렌즈에 의해 교체될 수 있다. 또한, 단일의 렌즈는 투과시 또는 반사시에 동작하는 홀로그램이나, 주사빔이 전파되는 도파로 상에 설치된 분리 격자로 대체될 수도 있다. 정보층에 의해 반사되고 변조되며, 반사 및 변조된 빔(15)을 형성하는 수렴 빔(12)으로부터의 방사선은 수렴 빔(12)의 경로를 따라 되돌아온다. 투사된 빔으로부터 반사된 빔을 분리하고, 그것을 이 빔이 그 위에 검출기 스폿(23)을 형성하는 방사선 감지 검출기(22) 상으로 향하도록 하기 위해, 방사선 경로에 빔 스플리터가 배치된다. 이 빔 스플리터는 스플리팅 거울로 구성될 수 있지만, λ/4판(18)과 조합하여 편광 감지 스플리팅 프리즘(17)으로 구성되는 것이 바람직하며, 이때, λ는 주사빔의 파장이다. λ/4판(19)은 방사원(5)과 스플리팅 프리즘(17) 사이에 배치되어, 방사원으로부터 방출된 빔의 편광 상태를 스플리팅 프리즘의 편광 방향에 맞추어 변형시킨다.
주사과정, 예를 들면, 기록매체를 판독하는 동안, 주사 스폿(13)과 기록매체는 트랙 방향으로 서로에 대해 이동하여, 트랙이 완전히 주사된다. 주사 스폿과 기록매체를 트랙 방향에 수직하게 반경 방향으로 서로에 대해 이동시킴으로써, 전체 기록매체가 주사될 수 있다. 검출기(22)는 입사빔을 한 개 또는 그 이상의 전기신호로 변환한다. 이들 신호 중에서 한 개는 기록매체로부터 판독된 정보를 나타내는 정보신호(24)이다. 또 다른 신호는, 초점(13)의 축방향과 정보층(3)의 방향 사이의 편차를 나타내는 초점오차 신호(25)이다. 이 신호(25)는, 예를 들면, 대물렌즈(10)를 축방향으로 이동시킴으로써, 정보층에 대해 초점의 위치를 교정하기 위해 초점 서보계에서 사용된다.
도 2는 도 1과 동일한 주사장치이지만, 예를 들면, 오디오 CD로 알려진 형태를 갖는 제 2 형태의 기록매체(31)와 조합된 주사장치를 나타낸 것이다. 이 기록매체는 투명층(32), 정보층(33) 및 보호 코팅(34)을 하므로, 기록매체 1과 동일한 구성을 갖는다. 그러나, 기록매체 31의 투명층(32)은 기록매체 1의 두께보다 약 1.2mm의 더 큰 두께를 갖는 한편, 기록매체 31은 기록매체 1보다 작은 정보밀도를 갖는다. 이 주사장치는, 기록매체 1을 최적으로 판독하도록 설계되며, 대물렌즈(10)는 그것이 정보층(3) 상에 최상의 초점, 즉 1에 가까운 슈트렐 비(Strehl ratio)를 갖는 초점을 형성하도록 설계된다. 이와 같은 이유 때문에, 대물렌즈는, 도 1에 도시된 상태에서와 마찬가지로, 교정되지 않은 수렴하는 주사 빔(12)이 투명층(2)을 통과할 때 발생하는 구면수차에 대해 교정된다. 교정된 수렴하는 빔(12)의 파면은 원칙적으로 초점(13) 근처에서 구형이다. 도 2에 도시된 상태에 대해, 이 정보층의 축방향 위치가 최상의 초점의 위치가 아니라, 수렴하는 빔(12)의 근축(paraxial) 초점의 위치인 경우에, 기록매체(31)의 정보층(33)이 빔(12)에 의해 만족스럽게 주사될 수 있는 것이 성립한다. 정보층(33)이 근축 초점의 위치와 다른 축방향 위치에 존재하는 경우에, 초점, 즉 주사 스폿(35)의 품질이 급격하게 열화되어, 이것은 검출기에 의해 주어진 신호의 품질의 저하를 일으킨다. 근축 초점의 위치 주위에 있는 작은 영역에서는, 구면수차를 나타내는 수렴하는 빔의 파면이 개구의 중앙부에서 거의 구형을 이룬다. 주사 스폿은, 개구의 중앙부로부터의 방사선에서 온 높은 밀도를 갖는 작은 중앙 영역과, 중앙 영역 주위에, 개구의 중앙부 밖에 있는 방사선으로부터 온 낮은 밀도를 갖는 큰 영역을 갖는 다. 주사 스폿(35)의 중앙부의 품질은 정보층(33)을 주사하기에 충분하며, 외부가 주사를 위해 사용되지 않을 수 있게 된다. 근축 초점을 사용하여 주사할 때, 파면의 중앙부는 비교적 평평하지만, 이 파면의 외부는 강한 편차를 갖는다. 이와 같은 편차로 인해, 주변광의 방향이 변화하므로, 이들 주변광이 검출기 신호에 기여하는 것을 방지할 수 있게 된다. 기록매체(31)를 주사할 때 동공의 중앙부로부터의 방사선만이 검출기에 도달될 수 있을 정도로 검출기의 방사선 감지 표면을 작게 선택함으로써, 검출기 신호에 대한 보상되지 않은 구면수차의 교란 효과가 거의 해소될 수 있다.
광 기록매체를 주사할 때 초점오차 신호를 발생하기 위해, 특히, 문헌 "Optics of Reflective Videodisc Players" in SMPTE Journal, vol. 85. November 1976, pp. 881-886에 기재된 것과 같이, 반사된 주사빔은 비점수차를 갖도록 될 수 있으며, 4분할 검출기가 검출기로서 사용될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 스플리팅 프리즘(17)과 검출기(22) 사이에 예를 들면 원통 렌즈(26)를 배치함으로써, 빔이 비점수차가 주어지도록 할 수 있다. 그것의 원통형 축이 X축에 평행한 이점은, 도 1에 도시된 반사된 주사빔(16) 또는 도 2에 도시된 반사된 주사빔(36)의 중앙 부분(37)이 한 개의 초점 대신에, 도 3에 도시된 것과 같이 2개의 비점수차 초점 라인(40) 및 (41)을 갖도록 한다. 이들 초점 라인은 서로 수직하며, 축 방향으로 서로에 대해 어긋나 있다. 점선으로 표시된 검출 평면(42)은 검출기(22)의 방사선 감지 표면의 축 방향 위치를 나타낸 것으로, 이 검출기는 도 3의 우측에 도시된 평면도에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 것과 같이, 원통형 렌즈가 양의 렌즈인 경우에, 초점 라인(40)은 초점 라인(41)보다 이 렌즈에 근접한다. 주사장치는, 주사빔(12)이 정보층 상에 초점이 맞추어질 때 검출 평면(42)과 초점 라인(41) 사이의 축 방향 거리가 초점 라인(40)까지의 거리만큼 크도록 설계된다. 도 3의 우측에 도시된 것과 같이, 방사선 스폿(43)은 검출기(22) 상에 형성되며, 도 1의 주사 스폿(13) 또는 도 2의 주사 스폿(35)의 상은 원형이 된다. 주사빔의 초점(13)이 도 1에 도시된 정보층의 평면에 대해 아래쪽으로 움직일 때, 도 3에 도시된 초점 라인이 검출 평면(42)에 대해 윗쪽으로 움직이므로, 이 평면은 초점 라인(40)보다 초점 라인(41)에 더 가까워진다. 따라서, 이 평면에 형성된 방사선 스폿(44)은, 그것의 주축이 초점 라인(41)에 평행한 타원 형태를 갖는다. 주사빔의 초점이 도 1에 도시된 정보층에 대해 윗쪽으로 움직이면, 도 3에 도시된 초점 라인은 검출 평면(42)에 대해 윗쪽으로 움직인다. 따라서, 초점 라인(40)은 초점 라인 (41)보다 검출 평면(42)에 더 근접하게 배치되며, 방사선 스폿(45)은 그것의 주축이 초점 라인(40)에 평행한 타원의 형태를 갖는다. 따라서, 정보층에 대한 주사빔의 초점 흐려짐의 크기 및 방향은 검출기 상에 형성된 방사선 스폿의 형태를 규정한다. 검출과정이 서로 다른 4분면에 배치된 4개의 검출기 소자(46, 47, 48, 49)를 포함하기 때문에, 이와 같은 형태의 변화를 검출할 수 있다. 이들 검출기 소자의 신호가 S46, S47, S48 및 S49로 표시되면, 초점오차 신호 Sf는 다음과 같이 정의된다.
Sf = (S46 + S49) - (S47 + S48)
정보신호 Si는 다음과 같이 정의된다:
Si = S46 + S47 + S48 + S49.
도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 주사장치를 사용하여 2가지 형태의 기록매체의 만족스러운 정보신호가 얻어질 수 있지만, 제 2 형태의 기록매체를 주사할 때, 초점오차 신호가 그것의 매우 잘 사용될 수 없는 강한 구면수차를 갖는다는 것이 밝혀졌다. 이것은, 예를 들어 동공의 55%를 포괄하는 동공의 중앙부 밖에 있는 광속의 부분이 여전히 4분할 검출기(22) 상에 입사된다는 사실에 기인한다. 이것은 도 4에 도시된 것과 같은 방사선 스폿 도면을 생성한다. 도 4와 다음의 도면에 도시된 그림은 주사빔의 다수의 광속에 대해, 이들 광속이 검출 평면(42)에 입사되는 위치를 계산한 결과를 나타낸 것이다. 따라서, 이들 도면은 검출 평면에 걸친 강도 분포를 나타낸다. 도 4로부터 명백한 것과 같이, 중앙부에 집중된 비교적 작은 강도가 존재하며, 이들 중앙 부분은 Δf=0에 대해 뚜렷한 원형 형태를 갖거나, +45°또는 -45°에 주축과 도 4에 도시된 수평축을 갖는 타원 형태를 갖지 않는다. 실제로, 검출기 상의 방사선 스폿의 중앙부는 Δf=-500㎛로부터 Δf=0를 거쳐 Δf=+500㎛로의 변화에서 좌측으로 경사진 타원으로부터 원을 거쳐 우측으로 경사진 타원으로의 형태의 충분한 변화를 갖지 않는다. 도 4에 도시된 Δf 값은 검출기(22)의 측면에서의 초점 흐려짐, 즉 검출 스폿의 초점 흐려짐에 대한 값으로, 이 값은 렌즈계(8, 9)의 배율의 제곱값을 통한 검출 스폿(35)의 값에 관련된다. 예를 들면, 100 x 100㎛2의 표면적을 갖는 검출기를 도 4에 점선으로 나타내었다.
도 5는 어떠한 추가적인 조치도 취하지 않은 주사장치 내부에서 발생된 초점오차 신호 Sf를 나타낸 것이다. 이 도면에서, 기록매체의 측면, 즉 초점(35)과 정보층(33) 사이의 축방향 거리에서의 초점 흐려짐 Δfd를 횡축에 도시하였으며, 초점오차 신호 Sf를 종축에 나타내었다. 이 곡선은 제로값(Δfd=0) 주위에서 원하는 가파른 경사를 나타내지 않으며, 다수의 제로 값을 갖는 비교적 평탄하며 불규칙한 변화를 갖는다. 이 신호는 기록매체(31)에 대해 주사빔의 초점을 교정하는데 매우 잘 사용될 수 없다는 것이 명백하다.
본 발명에 따르면, 장치의 검출 분기부 내부에, 즉 스플리팅 프리즘(17)과 검출기 사이의 방사선 경로 내부에 비구면 표면을 설치함으로써 초점오차 신호가 상당히 향상될 수 있는데, 이 비구면 표면은 4분할 검출기(22) 상에 입사되는 반사된 빔(36)의 주변광의 비구면성(asphericity)을 보상한다. 이 표면은 동공의 중앙부, 즉 상기한 예에 있어서 동공의 55%만을 덮는다. 비구면 표면을 추가함으로써, 검출기의 방사선 감지 표면에 입사된 빔은, 도 4와 도 6을 비교하면 명백히 알 수 있는 것과 같이, 더욱 더 순수하게 상당한 비점수차를 갖게 된다.
도 6은, 상기한 비구면 표면이 방사선 경로 내부에 설치된 경우에, 검출기의 측면 상의 서로 다른 초점 흐려짐 Δf에 적용되는 검출기 스폿 도면 43", 44a", 44b", 45a" 및 45b"을 나타낸 것이다. 이때, 검출기 평면의 중앙부에는 더 많은 방사선 강도가 존재하며, 이 중앙부는 초점 흐려짐 Δf의 함수로써, 뚜렷한 변화, 즉 좌측으로 경사진 좁은 스트림(44")으로부터 연속적으로, 좌측으로 경사진 타원(44b"), 원(43"), 우측으로 경사진 타원(45a")과 우측으로 경사진 좁은 스트림(45b")의 형태를 나타내는 뚜렷한 형태를 갖는다.
기록매체(31)의 측면 상의 초점 흐려짐 Δfd의 함수로써의 도 6에 도시된 검출기 스폿 도면과 관련된 초점오차 신호 Sf의 변화를 도 7에 나타내었다. 이 신호는 단지 한 개의 제로값을 갖고, 이 제로값 부근에서 충분히 가파른 기울기를 가지므로, 정보층(33)에 대해 초점(35)을 교정하는데 매우 적합하다.
마찬가지로, 그것의 투명층이 예를 들면 1.2 mm 대신에 예를 들면 0.6 mm의 두께를 갖는 제 1 형태의 기록매체를 판독할 때, 방사선 경로 내부에 중앙의 비구면 표면이 존재하기 때문에, 이 구면은 검출기 스폿(23)에 구면수차를 일으킨다. 그러나, 도 8에 도시된 서로 다른 초점 흐려짐 Δf에서 이 검출기 스폿의 방사선 도면에 의해 도시된 것과 같이, Δf=0에 대해 검출기 스폿의 전체 크기가 검출기(22)의 크기 내로 유지되며, 이 스폿은 초점의 변화시에 원하는 형태에 관한 변화를 갖는다. 그 결과, 도 9에 도시된 것과 같이, 제 1 형태의 기록매체를 주사할 때 초점오차 신호의 품질이 유지된다. 이 도면은, 제 1 형태의 기록매체를 주사할 때 기록매체의 측면 상의 초점 흐려짐 Δfd의 함수로써의 초점오차 신호 Sf를 나타낸 것이다.
중앙의 비구면 표면은 특히 본 발명의 목적을 위해 방사선 경로 내부에 설치된 별개의 구성요소의 표면일 수 있다. 민수용 장치에 대해 매우 중요한 비용과 조립의 측면에서, 투사된 빔(6)에 의해 횡단되지 않은 스플리팅 프리즘(17)의 하부측 또는 원통형 렌즈(26)의 표면과 같이 이미 존재하는 광학 부재의 표면의 중심부를 비구면으로 만드는 것이 바람직하다.
도 10은 원통형 렌즈의 상부면의 중앙부(55)가 비구면으로 된 주사장치의 일 실시예를 나타낸 것이다. 도 3으로부터 더욱 더 명백하게 알 수 있는 것과 같이, 비구면 표면은 원통형 렌즈의 평탄한 측면에 존재할 수 있다. 이 표면은 예를 들면 동공 직경의 55%를 덮으며, 예를 들면, 이 표면의 영역에서의 빔(15), 즉 제 1 형태의 기록매체가 주사되는 경우에는 반사된 빔의 단면과 동일하다. 따라서, 비구면 표면은, 이 표면의 영역에서, 제 2 형태의 기록매체가 판독되는 경우에 반사되는 빔(36)의 단면의 55%를 덮는다.
실용적으로, 기록매체에 의해 반사된 방사선을 검출기 상에 집광시키기 위해 상기한 장치의 검출 분기부는 추가적인 수렴하는 렌즈를 구비하는 것이 바람직하다. 이와 같은 렌즈는 원통형 렌즈와 일체화되는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우에, 중앙 비구면 표면은 추가적인 렌즈의 표면의 일부분으로 이루어질 수 있다. 도 11은 이와 같은 일체화된 렌즈(57)를 나타낸 것이다. 그것의 원통형 렌즈 부분은 도면부호 26'으로 표시하였으며, 구형 렌즈 부분을 도면부호 58로 표시하였다. 이 렌즈부의 굴곡된 표면은 구형인 주변 부분(59)과, 비구면 형태를 갖는 중앙부(60)를 지닌다.
이 렌즈계(58)의 표면 프로파일의 일례를 도 12에 확대하여 나타내었다. 광축 OO'까지의 표면의 점의 반경방향의 거리 r을 횡축에 도시하였으며, 이들 위치, 즉 광축을 따르는 위치의 높이 새그(sag)를 종축에 도시하였다. 주변부를 나타내는 곡선 62는 일정한 곡률 반경을 갖는 반면에, 중앙부를 나타내는 곡선 64의 곡률 반경은 반경방향의 거리 r에 따라 변한다.
정보층 상의 주사 스폿이 검출기 스폿에 상이 형성될 때의 선택된 배율에 의존하여, 제 1 형태의 기록매체를 주사할 때 형성된 비점수차 검출기 스폿과 제 2 형태의 기록매체를 주사할 때 형성된 비점수차 검출기 스폿이 동일한 검출기 크기를 갖고 검출될 수 있다. 광축을 따라, 도 12에 도시된 곡선 62 및 63을 사용하여 나타낸 비구면 표면 부분에 대해 구형 표면 부분을 변위시킴으로써, 제 2 기록매체를 판독시의 최적의 초점이 제 1 기록매체를 판독시의 최적의 초점과 일치할 수 있게 된다.

Claims (3)

  1. 제 1 정보층 및 제 1 두께를 갖는 제 1 투명층을 구비한 제 1 형태의 기록매체와, 제 2 정보층 및 상기 제 1 두께와 다른 두께를 갖는 제 2 투명층을 구비한 제 2 형태의 기록매체를 광학적으로 주사하는 광학 주사장치로서, 주사빔을 공급하는 방사원과, 상기 주사빔을 상기 제 1 정보층 및 제 2 정보층상에 수속시키는 대물계와, 상기 정보층으로부터 오는 변조된 상기 주사빔을 전기신호로 변환하는 방사선 감지 검출기를 구비하고, 상기 검출기의 방사선 감지 표면은 상기 제 1 형태의 기록매체로부터 오는 상기 주사빔의 전체의 방사선 및 상기 제 2 형태의 기록매체로부터 오는 상기 주사빔의 중앙부분으로부터의 방사선을 수신하도록 하는 유효한 크기를 갖는 광학 주사장치에 있어서,
    상기 중앙부분의 단면과 동일한 크기를 갖는 비구면은 상기 대물계와 방사선 감지검출기의 사이에서 상기 변조된 주사빔의 경로에만 존재하는 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    비점수차 부재는 상기 변조된 주사빔의 경로에만 배치되고, 상기 비구면은 상기 비점수차 부재의 표면에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 비점수차 부재는 회전 대칭 렌즈와 일체화된 원통형 렌즈로 구성되고, 상기 비구면 표면은 회전 대칭 렌즈의 표면에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
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