KR100759320B1 - 수차를 보정할 수 있는 광학적 판독 장치 - Google Patents

수차를 보정할 수 있는 광학적 판독 장치 Download PDF

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Abstract

수차 보정 기능을 가진 광학적 판독 장치는 광원, 렌즈, 액정층 및, 전극 세트를 구비한다. 광학적 판독 장치의 광원은 광을 조사하며, 상기 광은 저장 매체에 저장된 데이터에 액세스하도록 렌즈에 의해 저장 매체로 수렴된다. 액정층은 광원과 저장 매체 사이에서 광 경로에 배치된다. 전극 세트는 액정층의 굴절률을 변화시키도록 액정층을 가로질러 가변적인 전기장을 제공한다. 광학적 판독 장치의 수차는 그렇게 보정될 수 있다.

Description

수차를 보정할 수 있는 광학적 판독 장치{Optical reading apparatus capable of correcting aberration}
도 1 은 통상적인 저장 매체의 사양을 나타내는 표이다.
도 2 는 선행 기술 광학 시스템의 다이아그램을 도시한다.
도 3 은 선행 기술 광 픽업의 다이아그램을 도시한다.
도 4 는 선행 기술 광 픽업의 다이아그램을 도시한다.
도 5 는 본 발명의 제 1 구현예에 따른 광학 시스템의 다이아그램을 도시한다.
도 6 및, 도 7 은 도 5 의 광학 시스템들과 균등한 광학 시스템들의 다이아그램이다.
도 8 은 본 발명의 제 2 구현예에 따른 광학 시스템의 다이아그램을 도시한다.
도 9 는 본 발명의 제 3 구현예에 따른 광학 시스템의 다이아그램을 도시한다.
도 10 은 본 발명의 제 4 의 구현예에 따른 광학 시스템의 다이아그램을 도시한다.
도 11 은 본 발명의 제 5 구현예에 따른 광학 시스템의 다이아그램을 도시한 다.
도 12 는 본 발명의 제 6 구현예에 따른 광학 시스템의 다이아그램을 도시한다.
도 13 은 도 12 의 광학 시스템과 균등한 광학 시스템이 제 1 모드에서 작동할 때 도시한 것이다.
도 14 는 제 1 모드에서 작동할 때 도 12 의 광학 시스템의 전극 전압 레벨에 대한 다이아그램을 도시한다.
도 15 는 제 2 모드에서 작동할 때 도 12 의 광학 시스템의 등가 광학 시스템을 도시한다.
도 16 은 제 2 모드에서 작동할 때 도 12 의 광학 시스템의 전극 전압 레벨에 대한 다이아그램을 도시한다.
도 17 은 본 발명의 제 7 구현예에 따른 광학 시스템의 다이아그램을 도시한다.
도 18 은 본 발명의 제 8 구현예에 따른 광학 시스템의 다이아그램을 도시한다.
도 19 는 본 발명의 제 9 구현예에 따른 광학 시스템의 다이아그램을 도시한다.
도 20 은 본 발명의 제 10 구현예에 따른 광학 시스템의 다이아그램을 도시한다.
< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >
50. 광학 시스템 52. 광원
54. 액정층 56. 렌즈
58. 전원 21. 저장 매체
본 발명은 광학적 판독 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 코마 수차를 보정할 수 있는 광학적 판독 장치에 관한 것이다.
렌즈들은 많은 광학 시스템에서 광을 집속시키거나, 굴절시키거나 또는 투과시키도록 이용된다. 이상적으로는 이미지의 수차가 적절한 렌즈 설계에 의해서 감소될 수 있다. 그러나, 재료 자체나 또는 제조 공정에서의 제조 인자에 의해 야기되는, 회피될 수 없는 수차는 이미지의 편향을 야기한다. 작용하는 동안의 어떤 예측 불가능한 인자들, 즉, 디스크의 오배치(misplacement)에 의해 야기된 틸트 각도를 가진 디스크 데이터 표면은 광학 시스템에서 수차를 악화시키며 따라서 표시 품질이나 또는 데이터의 액세스에 영향을 미친다.
광학 시스템에서의 어떤 주요한 수차들은 구형 수차, 코마 수차, 비점 수차, 피일드의 곡률등과 같은 것이다. 광학 시스템에서의 코마 수차는 특정한 광학적 디자인들에 고유하거나, 또는 렌즈나 틸트된 저장 매체에서의 불완전성에 기인한 단색성 수차를 지칭한다. 코마 수차는 성운의 꼬리(coma tail)를 닮은, 축을 이탈한 이미지를 초래한다. 코마 수차는 입사광이 축을 벗어났을 때 렌즈의 구형 수차를 나타내며, 저장 매체의 데이터 표면이 입사광에 대하여 커다란 경사 각도를 가질 때 종종 발생한다. 코마 수차는 이미지의 테두리(rim)에서 가장 현저하며 다음의 공식에 의해 표현될 수 있다.
코마 수차 = ((n2 -1)/2n3) * d * (NA3/λ)* θ*(π/180)
여기에서 d 는 디스크 기판의 두께이고, NA 는 광 픽업(pick-up)의 개구수(NA)이고, λ는 입사 레이저의 파장이고, θ 는 입사 레이저와 디스크 기판 사이의 틸트 각도이고, n 은 디스크 기판에서 광의 굴절율이다.
기술의 발전에 따라서, 고 저장 용량을 가진 저장 매체가 필요하게 되었다. 도 1 은 시장에서 통용되는 유사한 저장 매체의 특정한 사양을 나타내는 표이다. 종래의 콤팩트 디스크(CD)와 디지털 다기능 디스크(DVD)와 비교하여, 블루-레이 디스크(Blu-ray disc;BD)와 고밀도 디지털 다기능 디스크(HD-DVD)는 그들의 보다 높은 저장 용량으로 미래의 저장 매체가 될 잠재성을 가진다. BD 와 HD-DVD 는 405 mm 파장의 레이저를 이용하여 데이터에 액세스한다. 게다가, BD 드라이브는 데이터 용량의 증가 및 0.1 mm 두께의 덮개 층으로 인해 높은 NA 의 OPU(광 픽업)를 더 채용한다.
코마 수차는 파장에 역으로 비례하고 디스크 기판의 두께와 NA 의 제 3 의 파워에 비례한다. 따라서, BD 시스템에서 틸트 각도(θ)의 공차들은 0.1 mm 두께의 덮개 층을 이용함으로써 크게 감소된다. 코마 수차는 HD-DVD 시스템에서 광학 품질을 보다 심각하게 저하시킨다.
미국 특허 공보 2004/0042365 호에 개시된 선행 기술 광학 시스템(20)의 개략적인 다이아그램은 도 2 에 도시되어 있다. 광학 시스템(20)은 저장 매체(21), 광 픽업(22), 스핀들 모터(24), 틸트 교정기(26), 랜드 프리-피트(land pre-pit;LLP) 신호 발생기(27), 라디오 주파수(RF) 신호 발생기(28) 및, 틸트 보정 계산기(29)를 구비한다. 광 픽업(29)에 배치된 광학 센서는 저장 매체(21)로부터 측정된 신호를 LPP 신호 발생기(27)와 RF 신호 발생기(28)로 송신할 수 있다. 틸트 보정 계산기(29)는 LPP 신호 발생기(27)와 RF 신호 발생기(28)로부터 각각 수신된 LPP 신호와 RF 신호에 기초한 틸트 보정 값을 발생시키고, 틸트 보정 값을 틸트 보정기(26)로 보낸다. 따라서, 광학 시스템(20)은 저장 매체(21)로 액세스할 때 코마 수차를 감소시키도록 광 픽업(22)의 각도를 조절할 수 있다. 광학 시스템(20)에 있어서, 별도의 틸트 보정기가 수차를 보정하기 위하여 필요하며, 그에 의해서 제조 비용이 상승하고 시스템의 작동이 복잡해진다.
미국 특허 2002/0067672 에 개시된 선행 기술 광 픽업(30)의 개략적인 다이아그램은 도 3 에 도시되어 있다. 광 픽업(30)은 광원(10,12), 광 센서(14), 콘플럭스 프리즘(conflux prism, 31), 집속 렌즈(collimator lens, 32), 격자(33), 편광 비임 스플리터(PBS, 34), 콘덴서 렌즈(35), 액정층(36), 대물 렌즈(37) 및, 액튜에이터(38)를 구비한다. 광 픽업(30)은 저장 매체(21)에 액세스할 때 포커스 영역과 트랙킹 영역을 가진 액튜에이터(38)를 이용하여 수차를 감소시킨다. 광학 센서(14)에 의해 측정된 신호에 기초하여, 액튜에이터(38)의 포커스 영역은 대물 렌즈(37)와 저장 매체(21) 사이의 거리를 조절하며, 액튜에이터(38)의 트랙킹 영역은 대물 렌즈(37)의 각도를 조절한다. 광 픽업(30)에서, 수차를 보정하기 위한 별도의 액튜에이터가 필요하며, 그에 의해서 제조 비용이 증가하고 시스템의 작용이 복잡해진다.
미국 특허 2004/0125711 호에 개시된 선행 기술 광 픽업(40)의 개략적인 다이아그램은 도 4 에 도시되어 있다. 광 픽업(40)은 광원(42), 스핀들 모터(43), PBS(44), 광 센서(45), 액정층(46), 제어 회로(47), 렌즈(L1-L3) 및, 인듐 주석 산화물(ITO) 전극들(ITO1, ITO2)를 구비한다. 광 픽업(40)에 있어서, 제어 회로(47)는 개방 루프(open-loop) 방식으로 광학 센서(45)에 의해 측정된 신호들에 기초하여 전극(ITO1,ITO2)들에 보정 전압을 보낸다. 광 픽업(40)이 저장 매체(21)에 액세스할 때 발생하는 수차는 그렇게 보정될 수 있다. 그러나, 전극(ITO1,ITO2)들에 전압을 인가하는 것은 수차를 효과적으로 향상시킬 수 없으며, 상이한 정도의 수차들이 융통성 있게 보정될 수 없다.
선행 기술 광학 시스템에서 코마 수차를 감소시키려면, 렌즈의 각도를 조절하기 위한 부가적인 제어 회로(틸트 보정기(26)나 또는 액튜에이터(38)와 같은 것) 또는 2 개의 ITO 전극들이 필요하다. 이것은 선행 기술의 광학 시스템들을 보다 비싸고 복잡하게 한다. 그러나, 코마 수차는 효과적이고 융통성 있게 보정될 수 없다.
청구된 발명은 수차를 보정할 수 있는 광 집속 장치를 제공하는데, 이것은 저장 매체 안에 저장된 데이터에 액세스하도록 저장 매체상으로 광을 집속시키기 위한 렌즈; 렌즈와 일체화되고 광 경로에 배치된 액정층으로서, 광 집속 장치가 광 경로를 따라서 광을 저장 매체에 집속시키게 되는 액정층; 및, 액정층을 가로질러 가변적인 전기장을 제공하기 위한 전극의 세트;를 구비한다.
청구된 발명은 또한 수차를 보정할 수 있는 광학적인 판독 장치(reading apparatus)를 제공하는데, 이것은, 광을 제공하기 위한 광 조사 장치; 저장 매체에 저장된 데이터에 액세스하도록 저장 매체상으로 광 조사 장치에 의해 제공된 광을 집속시키기 위한 렌즈; 광 조사 장치와 저장 매체 사이의 광 경로에 배치된 액정층; 및, 액정층을 가로질러서 전기장을 변화시키도록 광 조사 장치와 저장 매체 사이의 광 경로에 배치된 전극 세트를 구비한다. 전극 세트는 액정층을 가로질러 가변적인 전기장을 제공한다.
본 발명의 상기 목적과 다른 목적들은 다양한 도면들에 도시된 바람직한 구현예에 대한 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게 의심의 여지없이 명백해질 것이다.
본 발명은 액정층을 이용하여 액정층을 가로질러 가변적인 전기장을 발생시킴으로써 코마 수차를 보정한다.
본 발명의 제 1 구현예에 따른 광학 시스템(50)의 다이아그램은 도 5 에 도시되어 있다. 광학 시스템(50)은 광원(52), 액정층(54), 렌즈(56), 전원(58), 전극(A1-A4) 및, 스위치(SW1-SW4)를 구비한다. 광원(52)은 저장 매체(21)에 액세스하기 위한 광을 제공할 수 있는 레이저 다이오드를 구비할 수 있다. 렌즈(56)는 광원(52)에 의해 조사된 광을 저장 매체(21)의 표면으로 집속시키도록 광원(52)과 저장 매체(21) 사이의 광 경로에 배치되며, 그에 의해서 저장 매체(21)에 저장된 데이터에 액세스한다.
본 발명의 제 1 구현예에 있어서, 렌즈(56)는 플라스틱 또는 유리로 제작될 수 있고 사출 성형 기술을 이용하거나 또는 파운딩 공정(founding process)에 의해 제조될 수 있다. 렌즈(56)는 상부 렌즈(55)와 저부 렌즈(57)를 구비하는데, 상기 렌즈들 사이에는 물리적 증기 증착(PVD) 또는 화학적 증기 증착(CVD) 기술을 이용하여 전극(A1-A4)이 제조될 수 있다. 차후에, 액정층(54)이 형성되는데, 렌즈(56)들의 상부 렌즈(55)와 저부 렌즈(57)는 시일된다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 전극(A1-A4)들은 액정층(54)의 2 개 측부에 배치된다. 전극(A1,A4)은 액정층(54)의 제 1 측부에 배치되며, 전극(A1)은 액정층(54)의 제 1 측부에 평행하고 전극(A4)은 액정층(54)의 제 1 측부에 평행하지 않다. 전극(A2,A3)은 액정층(54)의 제 2 측부에 배치되는데, 여기에서 전극(A2)은 액정층(54)의 제 2 측부에 평행하고 전극(A3)은 액정층(54)의 제 2 측부에 평행하지 않다. 따라서, 전극(A1,A2)은 액정층(54)의 상이한 측부들에 배치되어 서로 평행하고, 전극(A3,A4)은 액정층(54)의 상이한 측부들에 배치되고 서로 평행하다. 전원(58)은 광이 이동하는 방향에서 액정층(54)을 가로질러 전기장을 변화시키도록 전압을 전극들에 제공한다. 본 발명의 제 1 구현예에 있어서, 전원(58)은 스위치(SW1-SW4)를 통하여 전극(A1-A4)들에 각각 전기적으로 연결된다.
액정층(54)의 굴절률은 인가된 전기장에 관련되고 전기장은 전원(58)을 이용하여 전극(A1-A4)에 전압을 인가함으로써 조절될 수 있기 때문에, 광학 시스템(50)에서 코마 수차가 보정될 수 있다. 도 6 및, 도 7 은 광학 시스템(50)의 등가인 광학 시스템(60,70)의 다이아그램이다. 도 6 에 있어서, 전원(58)은 전극(A1,A3)에 대하여 스위치(SW1,SW3)를 통해서 각각 전기적으로 연결된다. 전극(A3)과 액정층(54) 사이의 거리는 변화하기 때문에, 전극(A1,A3)은 액정층(54)에 광 전달의 방향에서 상이한 전기장을 제공한다. 따라서, 광은 상이한 굴절률의 상이한 위치들에서 액정층(54)을 통하여 통과된다. 상기 언급된 경우에 있어서, 광학 시스템(50)의 렌즈들은 도 6 에 도시된 등가의 렌즈(66)로서 기능한다. 마찬가지로, 도 7 에 있어서, 전원(58)은 전극(A2,A4)들에 스위치(SW2,SW4)를 통해서 각각 전기적으로 연결된다. 전극(A4)과 액정층(54) 사이의 거리는 변화하기 때문에, 전극(A2,A4)은 액정층(54)에 광 전달의 방향에서 상이한 전기장을 액정층(54)에 제공한다. 따라서, 광은 상이한 굴절률의 상이한 위치들에서 액정층(54)을 통하여 통과된다. 이러한 경우에, 광학 시스템(50)의 렌즈들은 도 7 에 도시된 등가의 렌즈(76)와 같이 기능한다. 도 6 및, 도 7 에 도시된 바와 같이, 전원(58)이 전압을 전극에 공급할 때, 광학 시스템(50)의 렌즈들은 등가의 렌즈(66 또는 67)로서 기능하며, 등가의 렌즈들을 가지고 틸트된 저장 매체(21)에 기인한 코마 수차는 광 전달의 방향을 변화시킴으로써 보정될 수 있다. 따라서, 저장 매체(21)가 적절하게 변위되지 않고 커다란 틸트 각도를 가질 경우에, 본 발명의 광학 시스템(50)은 측정된 코마 수차에 기초하여 전원(58)의 출력 전압과, 어느 전극들이 전원(58)에 전기적으로 연결되어야 하는지를 결정할 수 있다. 액정층(54)의 굴절률은 그렇게 코마 수차를 보정하도록 조절될 수 있으며, 그에 의해서 광학 시스템(50)의 액세스 성능을 향상시킨다.
본 발명의 제 2 구현예에 따른 광학 시스템(80)의 다이아그램은 도 8 에 도시되어 있다. 광학 시스템(80)은 광원(52), 액정층(84), 렌즈(86), 전원(58), 전극(B1-B4) 및, 스위치(SW1-SW4)를 구비한다. 전극(B1-B4)들이 렌즈(86)의 외측에 배치된다는 점에서 광학 시스템(80)은 광학 시스템(50)과 상이하다. 전극(B1-B4)들은 액정층(84)의 2 개 측부에 배치된다. 전극(B1,B4)들은 액정층(84)의 2 개 측부들에 배치된다. 전극(B1,B4)들은 액정층(84)의 제 1 측부에 배치되는데, 여기에서 전극(B1)은 액정층(84)의 제 1 측부에 평행하고 전극(B4)은 액정층(84)의 제 1 측부에 평행하지 않다. 전극(B2,B3)들은 액정층(84)의 제 2 측부에 배치되는데, 여기에서 전극(B1)은 액정층(84)의 제 2 측부에 평행하고 전극(B3)은 액정층(84)의 제 2 측부에 평행하지 않다. 전극(B3,B4)들은 서로 평행하다. 즉, 평행한 전극(B1,B2)들은 렌즈(86)의 외측에서 액정층(84)의 상이한 측부들에 배치되고, 평행한 전극(B3,B4)들은 렌즈(86)들의 외측에서 액정층(84)의 상이한 측부들에 배치된다. 따라서, 저장 매체(21)가 적절하게 이격되지 않고 커다란 틸트 각도를 가진다면, 본 발명의 광학 시스템(80)은 측정된 코마 수차에 기초하여 전원(58)의 출력 전압과 어느 전극들이 전원(58)에 전기적으로 연결되어야 하는지를 결정할 수 있다. 액정층(84)의 굴절률은 그렇게 코마 수차를 보상하도록 조절될 수 있으며, 그에 의해서 광학 시스템(80)의 액세스 성능을 향상시킨다.
본 발명의 제 3 구현예에 따른 광학 시스템(90)의 다이아그램은 도 9 에 도 시되어 있다. 광학 시스템(90)은 광원(52), 액정층(94), 렌즈(96), 전원(58), 전극(C1-C4) 및, 스위치(SW1-SW4)들을 구비한다. 광학 시스템(90)은 전극(C1,C3)이 렌즈(96)의 외측에 배치되는 반면에, 전극(C1,C4)은 렌즈(96)의 내측에 배치된다는 점에서 광학 시스템(50)과 상이하다. 전극(C1-C4)은 액정층(94)의 2 개 측부에 배치된다. 전극(C1,C4)은 렌즈(96) 내측에서 액정층(94)의 제 1 측부에 배치되는데, 여기에서 전극(C1)은 액정층(94)의 제 1 측부에 평행하고 전극(C4)은 액정층(94)의 제 1 측부에 평행하지 않다. 전극(C2,C3)은 렌즈(96)의 외측에서 액정층(94)의 제 2 측부에 배치되는데, 여기에서 전극(C2)은 액정층(94)의 제 2 측부에 평행하고 전극(C3)은 액정층(94)의 제 2 측부에 평행하지 않다. 전극(C3,C4)은 서로 평행하다. 따라서, 저장 매체(21)가 적절하게 이격되지 않고 커다란 틸트 각도를 가질 때, 본 발명의 광학 시스템(90)은 측정된 코마 수차에 기초하여 전원(58)의 출력 전압과 어느 전극들이 전원(58)에 전기적으로 연결되어야 하는지를 결정할 수 있다. 액정층(94)의 굴절률은 코마 수차를 보상하도록 그렇게 조절될 수 있으며, 그에 의해서 광학 시스템(90)의 액세스 성능을 향상시킨다.
본 발명의 제 4 구현예에 따른 광학 시스템(100)의 다이아그램은 도 10 에 도시되어 있다. 광학 시스템(100)은 광원(52), 액정층(104), 렌즈(106), 보호층(103), 전원(58), 전극(D1-D4) 및, 스위치(SW1-SW4)들을 구비한다. 액정층(104)과 2 개의 전극들이 렌즈(106)의 외측에 배치되고, 광학 시스템(100)이 보호층(103)을 더 구비한다는 점에서 광학 시스템(100)은 광학 시스템(50)과 상이하다. 광학 시스템(100)에서, 전극(D1,D4)은 렌즈(106)의 내측에서 액정층(104)의 제 1 측부에 배치되는데, 여기에서 전극(D1)은 액정층(104)의 제 1 측부에 평행하고, 전극(D4)은 액정층(104)의 제 1 측부에 평행하지 않다. 전극(D2,D3)들은 렌즈(106)의 외측에서 액정층(104)의 제 2 측부에 배치되는데, 여기에서 전극(D2)은 액정층(104)의 제 2 측부에 평행하고 전극(D3)은 액정층(104)의 제 2 측부에 평행하지 않다. 전극(D3,D4)들은 서로 평행하다. 따라서, 저장 매체(21)가 적절하게 이격되지 않고 커다란 틸트 각도를 가질 때, 본 발명의 광학 시스템(100)은 측정된 코마 수차에 기초하여 전원(58)의 출력 전압과 어느 전극들이 전원(58)에 전기적으로 연결되어야 하는지를 결정할 수 있다. 액정층(104)의 굴절률은 코마 수차를 보상하도록 조절될 수 있으며, 그에 의해서 광학 시스템(100)의 액세스 성능을 향상시킨다.
본 발명의 제 5 구현예에 따른 광학 시스템(110)의 다이아그램은 도 11 에 도시되어 있다. 광학 시스템(110)은 광원(52), 액정층(114), 렌즈(116), 보호층(113), 전원(58), 전극(E1-E4) 및, 스위치(SW1-SW4)들을 구비한다. 액정층(114)과 전극(E1-E4)들이 렌즈(116)의 외측에 배치되고, 광학 시스템(110)이 보호층(113)을 더 구비한다는 점에서 광학 시스템(110)은 광학 시스템(50)과 상이하다. 광학 시스템(110)에 있어서, 전극(E1,E4)들은 렌즈(116)의 외측에서 액정층(114)의 제 1 측부에 배치되는데, 여기에서 전극(E1)은 액정층(114)의 제 1 측부에 평행하고 전극(E4)은 액정층(114)의 제 2 측부에 평행하지 않다. 전극(E2,E3)들은 렌즈(116)의 외측에서 액정층(114)의 제 2 측부에 배치되는데, 여기에서 전극(E2)은 액정층(114)의 제 2 측부에 평행하고 전극(E3)은 액정층(114)의 제 2 측부에 평행하지 않다. 전극(E3,E4)은 서로 평행하다. 따라서, 저장 매체(21)가 적절하게 이격 되지 않고 커다란 틸트 각도를 가질 때, 본 발명의 광학 시스템(110)은 측정된 코마 수차에 기초하여 전원(58)의 출력 전압과 어느 전극들이 전원(58)에 전기적으로 연결되어야 하는지를 결정할 수도 있다. 액정층(114)의 굴절률은 따라서 코마 수차를 보상하도록 조절될 수 있으며, 그에 의해서 광학 시스템(110)의 액세스 성능을 향상시킨다.
광학 시스템(50,80-110)에서 이용된 전극들은 인듐 주석 산화물(ITO)을 구비할 수 있다. ITO 는 투명 재료이며 광의 전달에 크게 영향을 미치지 않는다. 광학 시스템(50,80-110)은 종래의 CD 드라이브, DVD 드라이브, BD 드라이브 또는 HD-DVD 드라이브를 포함할 수 있다. 전원(58)은 스위치(SW1-SW4)를 통하여, 또는 다른 방법을 통해서 대응하는 전극들에 전기적으로 연결될 수 있다. 상이한 광학 시스템들에 기초하여, 전극들은 융통성 있는 수차 조절을 제공하도록 액정층에 대하여 상이한 각도로 배치될 수 있다.
본 발명의 제 6 구현예에 따른 광학 시스템(120)의 다이아그램이 도 12 에 도시되어 있다. 광학 시스템(120)은 광원(52), 액정층(124), 렌즈(126), 전극(A1,A2) 및, 전원 공급 유니트(128,129)를 구비한다. 광원(52)은 저장 매체(21)에 액세스하기 위한 광을 제공할 수 있는 레이저 다이오드를 구비할 수 있다. 렌즈(126)는 광원(52)에 의해서 조사된 광을 저장 매체(21)의 표면으로 집속시키도록 광원(52)과 저장 매체(21) 사이의 광 경로에 배치되며, 그에 의해서 저장 매체(21)에 저장된 데이터에 액세스한다. 액정층(124)은 상이하게 인가된 전기장에 따른 굴절률을 입사광에 제공하도록 렌즈(126)의 내측에 형성된다. 전극(A1,A2)들은 상이 한 시이트 저항(sheet resistance)을 가지며 액정층(124)의 2 개 측부에 각각 배치된다. 전원 유니트(128)는 전극(A1,A2)의 제 1 단부들에 결합되고 전원(PS1)과 스위치(SW1-SW2)를 구비한다. 전원 유니트(129)는 전극(A1,A2)의 제 2 단부들에 결합되고 전원(PS2)과 스위치(SW3-SW4)를 구비한다. 전원 공급 유니트(128,120)는 광이 이동하는 방향에서 액정층(124)을 가로질러 설정된 전기장을 변화시키도록 전극(A1,A2)으로 전압을 제공한다.
본 발명의 제 6 구현예에 있어서, 렌즈(126)들은 플라스틱 또는 유리로 제작될 수 있으며 사출 성형 기술이나 또는 파운딩 공정(founding process)에 의해 제조될 수 있다. 렌즈(126)들은 상부 렌즈(125)와 저부 렌즈(127)들을 구비하며, 렌즈들 사이에 전극(A1,A2)들이 물리적 증기 증착이나 또는 화학적 증기 증착 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 차후에, 액정층(124)이 형성되며, 렌즈(126)들의 상부 렌즈(125)와 저부 렌즈(127)가 시일된다.
액정층(124)의 굴절률은 인가된 전기장에 관련되고, 전기장은 전원 공급 유니트(128,129)를 이용하여 전극(A1,A2)에 전압을 인가함으로써 조절될 수 있기 때문에, 광학 시스템(120)내의 코마 수차는 보상될 수 있다. 액정층(124)을 가로질러 설정된 전기장(E)은 다음의 공식에 의해 나타낼 수 있다:
E = V/d
여기에서 V 는 액정층(124)의 2 개 측부를 가로질러서 전압 편차를 나타내고, d 는 전극(A1,A2) 사이의 거리를 나타낸다.
광학 시스템(120)이 제 1 모드에서 작동할 때, 등가의 광학 시스템(130)의 다이아그램은 도 13 에 도시되어 있다. 도 13 에 있어서, 스위치(SW1,SW4)들은 꺼지고(회로 개방되고), 스위치(SW2,SW3)들은 켜진다 (회로 폐쇄된다). 따라서, 전원(PS1)은 전극(A1,A2)의 제 1 단부들에 전기적으로 연결되고, 전원(PS2)은 전극(A1,A2)의 제 2 단부들로부터 전기적으로 격리된다. 광학 시스템(120)이 제 1 모드에서 작동될 때, 전원(PS1)에 의해 공급된 전류는 전극(A1)의 제 1 단부로부터 전극(A2)의 제 1 단부로, 전극(A1,A2)들의 제 2 단부들을 통하여, 도 13 에 도시된 바와 같이 a-b-c-d 의 순서로 흐른다. 제 1 모드 동안의 전류의 방향은 도 13 에 실선의 화살표로 표시되어 있다.
광학 시스템(120)이 제 1 의 모드에서 작동하고 있을 때, 전극(A1,A2)의 전압 레벨을 나타내는 다이아그램이 도 14 에 도시되어 있다. 도 14 에 있어서, 표시된 지점 a-d에서 얻은 전극 전압들은 Va-Vd 로 각각 표시되어 있다. 전극(A1,A2)의 전압 변화를 나타내는 경사는 m1 및 m2 로 각각 표시되어 있다. 전류의 상이한 이동 거리에 기인하여, 전극(A1,A2)의 지점(a-d)에서 얻은 전압들은 다음의 관계 Va>Vb>Vc>Vd 를 가진다. 또한, 전극(A1,A2)들이 서로 평행하고 전극들 사이의 거리가 일정하기 때문에, 액정층(124)을 가로질러 설정된 전기장은 전극(A1,A2)들 사이의 전압 차이와 관련된다. 이때, 광학 시스템(120)의 렌즈들은 도 13 에 도시된 등가의 렌즈(136)로서 기능한다. 챔퍼 각도(chamfer angle)(Φ1)를 가진 렌즈와 유사한 등가의 렌즈(136)는 저장 매체(21)의 큰 틸트 각도에 기인한 코마 수차를 보정하도록 입사광의 굴절 각도를 변화시킬 수 있다.
광학 시스템(120)이 제 2 의 모드에서 작동할 때, 등가의 광학 시스템(150) 의 다이아그램이 도 15 에 도시되어 있다. 도 15 에 있어서, 스위치(SW1,SW4)는 켜지고, 스위치(SW2,SW3)는 꺼진다. 따라서, 전원(PS1)은 전극(A1,A2)들의 제 1 단부들로부터 전기적으로 격리되고, 전원(PS2)은 전극(A1,A2)들의 제 2 단부들에 전기적으로 연결된다. 광학 시스템(120)이 제 2 모드에서 작동될 때, 전원(PS2)에 의해 공급된 전류는 전극(A1)의 제 2 단부로부터 전극(A2)의 제 2 단부로 전극(A1,A2)들의 제 1 단부들을 통하여, 도 15 에 도시된 b-a-d-c 의 순서로 흐른다. 제 2 모드 동안의 전류의 방향은 도 15에서 실선의 화살표로 표시되어 있다.
광학 시스템(120)이 제 2 의 모드에서 작동될 때, 전극(A1,A2)의 전압 레벨을 나타내는 다이아그램은 도 16 에 도시되어 있다. 도 16 에 있어서, 표시된 지점(a-d)에서 획득된 전극 전압들은 Va-Vd 에 의해서 각각 표시되어 있다. 전극(A1,A2)들의 전압 변화를 나타내는 경사들은 m1 및 m2 로 각각 표시되어 있다. 전류의 상이한 이동 거리에 기인하여, 전극(A1,A2)의 지점(a-d)에서 획득된 전압은 다음의 관계 Vb>Va>Vd>Vc 를 가진다. 또한, 전극(A1,A2)들은 서로 평행하고 전극들 사이의 거리가 일정하기 때문에, 액정층(124)을 가로질러 설정된 전기장은 전극(A1,A2)들 사이의 전압 편차에 관련된다. 이때, 광학 시스템(120)의 렌즈들은 도 15 에 도시된 등가의 렌즈(156)로서 기능한다. 챔퍼 각도(Φ2)를 가진 렌즈와 유사한 등가의 렌즈(156)는 저장 매체(21)의 커다란 틸트 각도에 기인한 코마 수차를 보정하도록 입사광의 굴절 각도를 변화시킬 수 있다.
광학 시스템(120)의 전극(A1,A2)들은 상이한 시이트 저항(sheet resistance)을 가져서, 상이한 경사(m1,m2)를 초래한다. 챔퍼 각도(Φ1,Φ2)들은 전극(A1,A2) 들의 시이트 저항을 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 따라서, 저장 매체(21)가 적절하게 이격되지 않고 커다란 틸트 각도를 가질 때, 측정된 코마 수차에 기초하여 전원(PS1,PS2)들의 전압이 결정될 수 있고 스위치(SW1-SW4)들이 켜지거나 꺼질 수 있다. 액정층(124)의 굴절률은 따라서 코마 수차의 상이한 각도를 보상하도록 조절될 수 있으며, 그에 의해서 광학 시스템(50)의 액세스 성능을 향상시킨다.
본 발명의 제 7 구현예에 따른 광학 시스템(170)의 다이아그램이 도 17 에 도시되어 있다. 광학 시스템(170)은 광원(52), 액정층(174), 렌즈(176), 전극(B1,B2) 및, 전원 공급 유니트(128,129)를 구비한다. 광학 시스템(100)은 전극(B1,B2)들이 렌즈(176)의 외측에 배치되어 있다는 점에서 광학 시스템(120)과 상이하다. 전극(B1,B2)들도 상이한 시이트 저항을 가진다. 본 발명의 제 7 구현예에 있어서, 렌즈(176)는 플라스틱이나 유리로 만들어질 수 있으며 사출 몰딩 기술이나 또는 파운딩 공정에 의해서 제조될 수 있다. 전극(B1,B2)들은 물리적 증기 증착이나 또는 화학적 증기 증착 기술을 이용하여 렌즈(176)의 외측에서 제조될 수 있다. 따라서, 저장 매체(21)가 적절하게 이격되지 않고 커다란 틸트 각도를 가질 때, 측정된 코마 수차에 기초하여 전원(PS1,PS2)의 전압이 결정될 수 있고 스위치(SW1 - SW4)들이 켜지거나 또는 꺼질 수 있다. 액정층(174)의 굴절률은 따라서 코마 수차의 상이한 정도를 보상하도록 조절될 수 있으며, 그에 의해서 광학 시스템(170)의 액세스 성능을 향상시킨다.
본 발명의 제 8 구현예에 따른 광학 시스템(180)의 다이아그램이 도 18 에 도시되어 있다. 광학 시스템(180)은 광원(52), 액정층(184), 렌즈(186), 전 극(C1,C2) 및, 전원 공급 유니트(128,129)들을 구비한다. 전극(C1)이 렌즈(186)의 내측에 배치되는 반면에, 전극(C2)이 렌즈(186)의 외측에 배치된다는 점에서 광학 시스템(180)은 광학 시스템(120)과 상이하다. 전극(C1,C2)들도 상이한 시이트 저항을 가진다. 본 발명의 제 8 구현예에 있어서, 렌즈(186)들은 플라스틱이나 또는 유리로 제작될 수 있고 사출 성형 기술이나 또는 파운딩 공정에 의해 제조될 수 있다. 렌즈(186)들은 상부 렌즈(185)와 저부 렌즈(187)를 구비하며, 렌즈들 사이에 전극(C1)이 물리적 증기 증착이나 화학적 증기 증착 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 차후에, 액정층(184)이 형성되고, 렌즈(186)들의 상부 렌즈(185)와 저부 렌즈(187)가 시일된다. 전극(C2)은 물리적 증기 증착이나 또는 화학적 증기 증착 기술을 이용함으로써 렌즈(186)의 외측에서 제조될 수 있다. 따라서, 저장 매체(21)가 적절하게 이격되지 않고 커다란 틸트 각도를 가질 때, 측정된 코마 수차에 기초하여 전원(PS1,PS2)의 전압이 결정될 수 있고 스위치(SW1-SW4)들이 켜지거나 또는 꺼질 수 있다. 액정층(184)의 굴절률은 따라서 코마 수차의 상이한 정도를 보상하도록 조절될 수 있으며, 그에 의해서 광학 시스템(180)의 액세스 성능을 향상시킨다.
본 발명의 제 9 구현예에 따른 광학 시스템(190)의 다이아그램이 도 19 에 도시되어 있다. 광학 시스템(190)은 광원(52), 액정층(194), 렌즈(196), 전극(D1,D2) 및, 전원 공급 유니트(128,129)를 구비한다. 액정층(194)과 전극(D2)들이 렌즈(196)의 외측에 배치되는 반면에, 전극(D1)이 렌즈(196)의 내측에 배치된다는 점에서 광학 시스템(190)은 광학 시스템(120)과 상이하다. 전극(D1,D2)들도 상 이한 시이트 저항을 가진다. 본 발명의 제 19 구현예에서, 렌즈(196)는 플라스틱 또는 유리로 만들어질 수 있으며 사출 성형 기술 또는 파운딩 공정에 의해 제조될 수 있다. 렌즈(196)는 상부 렌즈(195)와 저부 렌즈(197)를 구비하며, 렌즈들 사이에 전극(D1)이 물리적 증기 증착이나 또는 화학적 증기 증착 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 차후에, 액정층(194)과 전극(D2)이 형성되며, 렌즈(196)의 상부 렌즈(195)와 저부 렌즈(197)가 시일된다. 따라서, 저장 매체(21)가 적절하게 이격되지 않고 커다란 틸트 각도를 가질 때, 측정된 코마 수차에 기초하여 전원(PS1,PS2)의 전압이 결정될 수 있고 스위치(SW1-SW4)들이 켜지거나 또는 꺼질 수 있다. 따라서 액정층(194)의 굴절률은 코마 수차의 상이한 정도를 보상하도록 조절될 수 있으며, 그에 의해서 광학 시스템(190)의 액세스 성능이 향상된다.
본 발명의 제 10 구현예에 따른 광학 시스템(200)의 다이아그램이 도 20 에 도시되어 있다. 광학 시스템(200)은 광원(52), 액정층(204), 렌즈(206), 전극(E1,E2) 및, 전원 공급 유니트(128,129)를 구비한다. 액정층(204)과 전극(E1,E2)들이 렌즈(206)의 외측에 배치되어 있다는 점에서 광학 시스템(200)은 광학 시스템(120)과 상이하다. 전극(E1,E2)들은 또한 상이한 시이트 저항을 가진다. 본 발명의 제 10 구현예에 있어서, 렌즈(206)는 플라스틱이나 또는 유리로 만들어질 수 있으며 사출 성형 기술이나 또는 파운딩 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 액정층(204)과 전극(E1,E2)들은 물리적 증기 증착이나 또는 화학적 증기 증착 기술을 이용하여 렌즈(206)의 외측에서 제조될 수 있다. 따라서, 저장 매체(21)가 적절하게 이격되지 않고 커다란 틸트 각도를 가질 때, 측정된 코마 수차에 기초하여 전 원(PS1,PS2)의 전압들이 결정될 수 있고 스위치(SW1-SW4)들이 켜지거나 또는 꺼질 수 있다. 액정층(204)의 굴절률은 코마 수차의 상이한 정도를 보상하도록 조절될 수 있으며, 그에 의해서 광학 시스템(200)의 액세스 성능을 향상시킨다.
광학 시스템(120,170-200)에서 이용된 전극들은 ITO를 포함할 수 있다. ITO 는 투명 재료이며 광의 전달에 크게 영향을 미치지 않는다. 또한, 전극들의 시이트 저항은 산화물/주석/인듐의 도핑 농도를 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 위에 설명된 본 발명의 제 6 내지 제 10 구현예를 통하여, 전원(PS1, PS2)의 양의 터미널들에 결합된 전극(A1-E1)들은 높은 시이트 저항을 가지는데 반해, 전원(PS1,PS2)의 음의 터미널에 결합된 전극(A2-E2)들은 낮은 시이트 저항을 가진다. 상이한 시이트 저항 관계를 가진 다른 전극들도 코마 수차 유연성을 보정하도록 본 발명에서 이용될 수도 있다. 광학 시스템(120,170-200)들은 종래의 CD 드라이브, DVD 드라이브, BD 드라이브, HD-DVD 드라이브 또는 다른 광학 판독 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 액정층의 굴절률은 코마 수차를 감소시키기 위하여 상이한 전압을 전극들에 인가함으로써 조절되거나(제 1 내지 제 5 구현예), 또한 상이한 시이트 저항을 가진 전극들에 전압을 인가함으로써 조절된다(제 6 내지 제 10 구현예). 별도의 틸트 보정기 또는 액튜에이터가 렌즈의 각도를 조절하기 위해서 필요하지 않기 때문에, 본 발명의 광학 시스템은 상대적으로 저렴하고, 간단하며, 그리고 코마 수차를 보다 융통성 있게 보정할 수 있다.
당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들은 본 발명의 장치 및 방법의 다양한 변형 및 변경이 본 발명의 원리를 유지하면서 이루어질 수 있다는 점을 용이 하게 이해할 것이다. 따라서, 상기에 설명된 바는 첨부된 청구항들의 범위와 한정에 의해서만 제한되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따른 광학 시스템은 상대적으로 저렴하고, 간단하며, 그리고 코마 수차를 보다 융통성 있게 보정할 수 있다.

Claims (22)

  1. 저장 매체에 저장된 데이터에 액세스하도록 상기 저장 매체상으로 광을 집속시키는 렌즈;
    광 집속 장치가 광을 상기 저장 매체로 접속시키는 광 경로에 배치되고 상기 렌즈와 일체화된 액정층; 및,
    상기 액정층을 가로질러 가변적인 전기장을 제공하는 전극 세트;를 구비하는, 수차를 보정할 수 있는 광 집속 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 세트는:
    상기 액정층의 제 1 측부에 배치되며 상기 액정층의 제 1 측부에 평행한 제 1 전극; 및
    상기 액정층의 제 2 측부에 배치되며 상기 액정층의 제 2 측부에 평행하지 않은 제 2 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는, 광 집속 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전극 세트는:
    상기 액정층의 제 2 측부에 배치되고 상기 액정층의 제 2 측부에 평행한 제 3 전극; 및,
    상기 액정층의 제 1 측부에 배치되고 상기 액정층의 제 1 측부에 평행하지 않은 제 4 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는, 광 집속 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 상기 제 3 전극에 평행하고 상기 제 2 전극은 상기 제 4 전극에 평행한 것을 특징으로 하는, 광 집속 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압 편차를 제공하고 상기 제 3 전극과 상기 제 4 전극 사이에 전압 편차를 제공하도록 상기 4 개의 전극들에 결합된 전원을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 광 집속 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 세트는 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 집속 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 세트는:
    상기 액정층의 제 1 측부에 배치된 제 1 전극; 및,
    상기 액정층의 제 2 측부에 배치된 제 2 전극;을 구비하고,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 상이한 시이트 저항(sheet resistance)을 가지는 것을 특징으로 하는, 광 집속 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 전극의 제 1 단부와 상기 제 2 전극의 제 1 단부 사이에 결합된 제 1 스위치;
    상기 제 1 전극의 제 1 단부에 결합된 제 1 단부를 가지는 제 2 스위치; 및
    상기 제 2 스위치의 제 2 단부에 결합된 제 1 단부 및 상기 제 2 전극의 제 1 단부에 결합된 제 2 단부를 가지는, 제 1 전원;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 광 집속 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 전극의 제 2 단부와 상기 제 2 전극의 제 2 단부 사이에 결합된 제 3 스위치;
    상기 제 1 전극의 제 2 단부에 결합된 제 1 단부를 가지는 제 4 스위치; 및,
    상기 제 4 스위치의 제 2 단부에 결합된 제 1 단부 및 상기 제 2 전극의 제 2 단부에 결합된 제 2 단부를 가지는, 제 2 전원;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 광 집속 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광을 집속시키는 렌즈는 광 픽업의 대물 렌즈인 것을 특징으로 하는, 광 집속 장치.
  11. 광을 제공하기 위한 광원;
    저장 매체에 저장된 데이터에 액세스하도록 상기 광원에 의해 제공된 광을 상기 저장 매체로 집속하기 위한 렌즈;
    상기 광원과 상기 저장 매체 사이의 광 경로에 배치되고, 상기 렌즈와 일체화된 액정층; 및,
    상기 액정층을 가로질러 가변적인 전기장을 제공하기 위한 전극 세트를 구비하는, 수차를 보정할 수 있는 광학적 판독 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전극 세트는:
    상기 액정층의 제 1 측부에 배치되고 상기 액정층의 제 1 측부에 평행한 제 1 전극; 및
    상기 액정층의 제 2 측부에 배치되고 상기 액정층의 제 2 측부에 평행하지 않은 제 2 전극;을 구비하는 것을 특징으로 하는, 광학적 판독 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전극 세트는:
    상기 액정층의 제 2 측부에 배치되고 상기 액정층의 제 2 측부에 평행한 제 3 전극; 및,
    상기 액정층의 제 1 측부에 배치되고 상기 액정층의 제 1 측부에 평행하지 않은 제 4 전극;을 구비하는 것을 특징으로 하는, 광학적 판독 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 상기 제 3 전극에 평행하고 상기 제 2 전극은 상기 제 4 전극에 평행한 것을 특징으로 하는, 광학적 판독 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압 편차를 제공하고 상기 제 3 전극과 제 4 전극 사이에 전압 편차를 제공하도록, 상기 4 개의 전극들에 결합된 전원을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 광학적 판독 장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 전극 세트는:
    상기 액정층의 제 1 측부에 배치된 제 1 전극; 및,
    상기 액정층의 제 2 측부에 배치된 제 2 전극;을 구비하고,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 상이한 시이트 저항을 가지는 것을 특징으로 하는, 광학적 판독 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 전극의 제 1 단부와 상기 제 2 전극의 제 1 단부 사이에 결합된 제 1 스위치;
    상기 제 1 전극의 제 1 단부에 결합된 제 1 단부를 가진 제 2 스위치; 및,
    상기 제 2 스위치의 제 2 단부에 결합된 제 1 단부 및 제 2 전극의 제 1 단부에 결합된 제 2 단부를 가지는, 제 1 전원;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 광학적 판독 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 전극의 제 2 단부와 상기 제 2 전극의 제 2 단부 사이에 결합된 제 3 스위치;
    상기 제 1 전극의 제 2 단부에 결합된 제 1 단부를 가진 제 4 스위치; 및,
    상기 제 4 스위치의 제 2 단부에 결합된 제 1 단부 및 상기 제 2 전극의 제 2 단부에 결합된 제 2 단부를 가지는, 제 2 전원;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 광학적 판독 장치.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 전극 세트는 인듐 주석 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광학적 판독 장치.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 저장 매체로 집속된 광의 코마 수차를 검출하기 위한 검출기; 및,
    상기 검출기에 의해 검출된 코마 수차에 따라서 상기 전극 세트에 인가된 전압을 업데이트(update)하도록 상기 전극 세트에 전기적으로 연결된 제어 장치;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 광학적 판독 장치.
  21. 제 11 항에 있어서,
    상기 광원은 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는, 광학적 판독 장치.
  22. 제 11 항에 있어서,
    상기 저장 매체는 고밀도 디지털 다기능 디스크(HD-DVD) 또는 블루-레이 디스크(BD)인 것을 특징으로 하는, 광학적 판독 장치.
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