KR100809494B1

KR100809494B1 - 광학주사장치

Info

Publication number: KR100809494B1
Application number: KR1020027006985A
Authority: KR
Inventors: 헨드릭스베르나르두스에이치.더블유.; 드브리에스요리트이.
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2000-10-03
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2008-03-04
Also published as: US20020105733A1; US6707607B2; CN1398399A; JP2004511059A; CN1255791C; KR20020064917A; EP1327246A1; WO2002029797A1

Abstract

선택된 파장을 갖는 방사선으로 광 기록매체를 주사하는 광학주사장치에 있어서, 축방향과 반경방향을 가지며, 반경방향에 대해 비주기적인 위상 구조를 갖는 대물렌즈를 구비하고, 이 비주기적인 위상 구조는, 광 기록매체가 상기 대물렌즈에 대해 비축을 이루는 방향에서 판독될 때, 대물렌즈에서 발생된 코마수차를 보상함으로써, 상기 대물렌즈에 대해 향상된 시야가 제공되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

광학주사장치, 기록매체, 대물렌즈, 코마수차, 시야

Description

광학주사장치{OPTICAL SCANNING DEVICE}

본 발명은, 광학 대물렌즈를 구비한 광학주사장치와, 대물렌즈를 구비한 광학부재에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 한 개의 광학 대물렌즈계를 이용하여 비교적 큰 필드 공차(field tolerance)를 갖고, 디지털 다기능 디스크(DVD) 등의 광 기록매체에 및/또는 광 기록매체로부터 데이터를 기록 및/또는 판독할 수 있는 광학주사장치에 관한 것이다. 렌즈의 필드 공차는 필드의 비축(off-axis) 부분에서 도입된 코마수차에 의해 제한된다.

다중트랙 판독 및/또는 래디얼 트랙킹을 허용하는 장치에서 사용하기 위해서는, 비교적 큰 필드 공차를 갖는 대물렌즈가 바람직하며, 이때 빔 스폿의 위치는 대물렌즈와 관련하여 변한다. DVD들의 다중트랙 판독을 위해서는, 적어도 NA=0.6의 개구수(numerical aperture: NA)와 큰 필드 공차를 갖는 대물렌즈가 필요하다. 표준 유리 복제기술을 사용하여, 렌즈의 일 표면만을 비구면으로 만들어, 렌즈의 잠재적인 필드 공차를 상당히 줄일 수 있다. 공지된 유리 몰딩 또는 주입성형 기술을 사용하여, 렌즈의 양 표면을 비구면으로 만들 수 있다. 비록, 이와 같은 구성은 큰 필드 공차를 갖는 렌즈를 설계할 수 있도록 하여, 기울어짐에 대한 충분한 공차를 허용하기는 하지만, 렌즈의 2개의 비구면 표면 사이의 편심은 다시 감소된 필드 공차를 발생하게 된다. 그 결과, 현대의 광학주사장치에 고유한 다양한 제약에 부합 되는 큰 필드를 갖는 렌즈를 제조하는 것이 곤란하다.

렌즈의 표면에, 회절효과를 제공하는 주기적인(즉, 규칙적으로 반복되는) 위상 구조를 사용함으로써, 코마수차를 도입할 수 있으며, 이에 따라 렌즈에서 발생된 코마수차가 보상될 수 있다. 그러나, 이와 같은 회절구조는 제조하기가 곤란하며, 방사선을 낭비하여, 상당한 양의 분산을 일으킨다.

본 발명의 일면에 따르면, 선택된 파장을 갖는 방사선으로 광 기록매체를 주사하는 광학주사장치에 있어서, 축 방향과 반경 방향을 가지며, 상기 반경 방향에 대해 비주기적인 위상 구조를 갖는 대물렌즈를 구비하고, 상기 비주기적인 위상 구조는 광 기록매체가 상기 대물렌즈에 대해 축 방향이 아닌 방향에서 판독될 때, 상기 대물렌즈에서 발생된 코마수차를 보상하도록 배치되고, 그에 의해, 향상된 시야가 상기 대물렌즈에 대해 제공되는 것을 특징으로 하는 광학주사장치가 제공된다.

축방향에 대해 특정한 시야각에서 대물렌즈에 의해 발생된 제곱 평균 평방근(root mean square: rms)의 코마수차 파면 에러는, 상기한 비주기적 위상 구조에 의해 적어도 50% 만큼 보상되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 이 보상값은 70%이다. 광 기록 판독 및/또는 기록장치에 대한 시야각은 1°인 것이 바람직하다. 이것은 광 기록매체의 다중트랙 주사에 대한 최대 요구 시야각이기도 하다. 결과적으로 얻어진 장치는 비교적 큰 필드 공차를 갖고 상당히 개량된 성능을 제공한다. 광 기록 분야에 있어서, 최대 요구 시야각에서의 파면 에러의 잔류량은, 보상을 거친 후에 40mλ보다 작은 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 20mλ보다 작다.

상기한 비주기적인 위상 구조는 복수의 환형 대역을 포함할 수 있으며, 상기한 대역 각각은, 상기한 대물렌즈가 대체로 따르게 되는 회전 대칭 비구면 형상에 대해 거의 일정한 높이를 갖는 단차부를 구비한다. 상기한 비주기적 위상 구조에 있는 단차부들은, 바람직하게는, 광 기록매체가 상기한 축방향으로 판독될 때, 상기 선택된 파장의 방사선에 대해 대략 2π의 배수의 상대적인 위상차를 발생한다. 이에 따라, 축방향으로 동작할 때, 렌즈의 성능에 미치는 영향이 무시할 만 하다.

상기한 대역의 높이는, 보상하려는 코마수차와 관련하여 거의 최적으로 선택된다. 따라서, 상당히 큰 양의 보상이 제공될 수 있다.

제조 효율성을 고려하여, 상기한 비주기적 구조에 있는 대역의 수는 제한되는 것이 바람직하다. 상기한 대역의 수는 바람직하게는 10보다 작으며, 대략 5개일 수 있다.

본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 광학적인 파워와 축 방향 및 반경 방향을 가지며, 상기 반경 방향에 대해 비주기적인 위상 구조를 갖는 광학 부재를 구비하고, 상기 비주기적 위상 구조는 광 빔이 상기 광학 부재에 대해 축 방향이 아닌 방향으로 광학계를 횡단할 때, 상기 광학 부재에 의해 생성된 코마수차를 보상하도록 배치되고, 그에 의해, 향상된 시야가 상기 광학 부재에 대해 제공되는 것을 특징으로 하는 광학계가 제공된다.

이전에도 파면수차를 보상하기 위해 비주기적 위상 구조를 사용하는 것이 제안된 바 있다는 점에 주목하기 바란다. 이에 대해서는, "Dual-wavelength optical head with a wavelength-selective filter for 0.6- and 1.2-mm-thick-substrate optical disks", Katayama et al., Applied Optics, Vol. 38, No. 17, 10 June 1999, JP-A-11002759 및 EP-A-865037을 참조하기 바란다. 그러나, 이들 제안된 장치에 있어서는, 2가지 다른 파장의 방사선을 사용할 때, 광 디스크들의 정보층의 깊이 차에 기인한 구면수차 만을 보상하기 위해 비주기적 위상 구조가 사용되었다. 코마수차에 대해서는 고려되거나 제시되지 않았다.

본 발명의 경우에는, 코마수차 보상이 가해진 방사선의 파장을 변경시키지 않고 달성될 수 있다는 점에 주목하기 바란다.

이하, 다음의 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다:

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 기록매체용 주사장치의 구성을 나타낸 개략도이고,

도 2는 비주기적 위상 구조를 나타내는 도 1에 도시된 대물렌즈의 개략적 정면도이며,

도 3은 도 2에 도시된 대물렌즈의 개략적 단면도이고,

도 4는 이하의 설명에서 사용되는 구면 좌표계의 개략적인 예시를 나타낸 것이며,

도 5는 보상 및 미보상된 파면수차를 나타낸 그래프이다.

도 1은 광 기록매체(1)를 주사하기 위한 본 발명에 따른 장치에 공통되는 구 성요소를 개략적으로 나타낸 것이다. 기록매체(1)는, 본 실시예에서는 예시적으로 이하에 설명되는 광 디스크이다.

광 디스크(1)는 투명층(2)을 구비하며, 이 투명층의 일측에는 적어도 한 개의 정보층(3)이 배치된다. 투명층의 반대측에 놓인 정보층의 면은 보호층(4)에 의해 외부의 영향으로부터 보호된다. 장치에 대향하는 투명층의 면은 디스크 입사면(5)이다. 투명층(2)은 정보층 또는 정보층들에 대해 기계적 지지를 제공함으로써 광 디스크에 대한 기판으로서의 역할을 한다. 이와 달리, 투명층(2)은 정보층(3)을 보호하는 기능만을 갖는 한편, 기계적인 지지는, 정보층의 타측에 놓인 층, 예를 들면 보호층(4) 또는 또 다른 정보층과 최상의 정보층에 연결된 투명층에 의해 제공될 수도 있다.

정보는, 도 1에 미도시된 거의 평행하거나 동심을 이루거나 나선형 트랙으로 배치된 광학적으로 검출가능한 복수의 마크의 형태로 광 디스크의 정보층(3) 또는 정보층들에 저장될 수 있다. 이들 마크는, 임의의 광학적으로 판독가능한 형태를 가질 수 있는데, 예를 들면 피트의 형태, 또는 그것의 주변부와 다른 반사계수 또는 자화방향을 갖는 영역의 형태나, 이들 형태의 조합을 가질 수 있다.

주사장치는, 렌즈계를 향해 발산하는 방사빔(7)으로 선택된 파장의 방사선을 방출하는 반도체 레이저 또는 2개의 별개의 반도체 레이저를 포함하는 방사원(6)을 구비한다. 렌즈계는, 광축(13)을 따라 배치된 시준렌즈(9)와 대물렌즈(10)를 구비한다. 시준렌즈(9)는, 방사원(6)에서 방출된 발산 빔(7)을 거의 평행한 빔(15)으로 변환한다. 대물렌즈(10)는, 도면에서는 패턴(11)으로 표시되고 이하에서 더욱 상세 히 설명하는 비주기적 위상 구조를 포함한다. 대물렌즈(10)는, 입사하는 평행 방사빔(15)을 선택된 NA를 갖고 정보층(3) 상의 스폿(18)이 되는 수렴 빔(14)으로 변환한다. 데이터 신호와, 대물렌즈(10)의 축방향 위치를 기계적으로 조정하는데 사용되는 초점에러 신호를 검출하기 위해, 검출계(16), 제 2 시준렌즈(19)와 빔 스플리터(8)가 제공된다.

이 광학주사장치는, 동시 다중트랙 주사를 수행할 수 있는 형태를 가질 수 있는데, 이것은 데이터 판독 및/또는 기록 속도를 향상시키는 효과를 갖는다. 이와 같은 장치는 공지되어 있으며, 예를 들면 US 특허 제 4 449 212호에 개시되어 있는데, 이중에서 다중트랙 배치의 내용은 본 명세서 내부에 참조용으로 통합된다.

이 주사장치를 사용함으로써, 예를 들면 620 내지 700nm, 바람직하게는 λ₁=660nm인 제 1 파장 λ₁을 갖는 레이저 방사선을 사용하여 DVD 포맷의 디스크가 주사될 수 있다. DVD를 판독하는데에는 약 0.6의 개구수가 사용되고, DVD에 기록하기 위해서는 0.6보다 큰, 바람직하게는 0.65의 NA가 사용된다.

도 2는 비주기적인 위상 구조를 나타낸 대물렌즈(10)의 개략적인 정면도이다. 비주기적인 위상 구조(11)는 방사원을 마주보는 대물렌즈(10) 측에 배치된다. 그러나, 이와 달리 이것은 렌즈(10)의 다른 측에 배치될 수도 있다. 이때, 복수의 위상 구조 부재가 환형 영역의 형태로 제공되는 것을 알 수 있다. 각각의 환형 영역은, 비주기적 위상 구조의 소위 대역(zone)을 형성한다. 비교적 넓은 시야에 걸쳐 렌즈의 만족스러운 동작을 가능하게 하기 위해, 비주기적 위상 구조는 렌즈의 비축 입사각에서 코마수차를 발생하여, 렌즈 그 자체에서 발생된 코마수차를 보상한다.

이하, 본 발명에서 제공되는 코마 보상 효과에 대한 일반 원리를 도 3 및 도 4를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 3은 렌즈의 반경방향으로 진행하는 X 축으로 표시된 축과, Z 축으로 표시된 렌즈(10)의 광축을 포함하는 평면에 따른 단면도이다. 도 3은 방사원을 향하는 렌즈의 면에 있는 비주기적 위상 구조(11)의 환형 대역을 형성하는 높이 h를 갖는 예시적인 한 개의 상승 단차부(20)를 갖는 대물렌즈(10)의 예시적인 실시예를 나타낸 것이다. 도면에 있어서 구조의 높이 h는 과장도시되어 있으며, 일반적으로 이것은 렌즈의 물리적 치수에 비해 작다. 비구면 위상 구조(11)는, 렌즈 표면이 대체로 따르게 되는 기저의 비구면 렌즈 형상(22) 위에 중첩된다. 기저의 렌즈 형상(22)은 가장 적합한 반경 R을 갖는다. 단차부(20)는, 본 실시예에 따른 비주기적 위상 구조의 모든 단차부의 경우와 마찬가지로, 기저의 비구면 렌즈 형상에 거의 평행하게 연장되는 표면을 가져, 추가적인 코마수차 보상 효과 이외에, 일반적으로 기저의 렌즈 형상에 의해 제공되는 것과 동일한 굴절 효과를 제공한다. 들어온 방사빔은, 렌즈 표면의 반경 r에 있는 위치에 해당하는 단차부(22) 위에 도착하는 광속(24)을 사용하여 나타내었다. 입사되는 방사빔의 입사각의 변화는 Y 축을 중심으로 한 회전각 Ψ로 나타내었다.

도 4는 이 구조의 단차부(20) 상의 점 (x,y,z)을 기술하는데 사용되는 3차원 좌표계를 나타낸 것이다. 상기한 파라미터 이외에, X 축에 대해 취한 Z 축을 중심으로 한 방위각 φ도 표시하였다.

단차부의 외형은 다음과 같은 추가적인 광경로 차이(optical path difference: OPD)를 일으킨다:

이때, h는 반경방향의 구조의 높이이고, n은 굴절률이며, θ는 단차부의 표면 상의 법선과 Z 축 사이의 각도이다. 2π의 배수와 동일한 위상을 도입하도록 단차부의 높이를 선택하면, 이 구조는 입사하는 빔에 대해 어떤 영향도 미치지 않는다.

이제, 렌즈가 Y 축 주위로 각도 Ψ 만큼 회전하여, 좌표계의 원점이 렌즈의 비구면 표면의 가장 적합한 반경의 곡률 중심과 일치하게 되는 경우를 생각해보자(도 4 참조). (x,y,z)를 단차부가 형성된 구조 상의 한 점이라고 하자. 이 점은 구면 좌표로는 다음과 같이 표시된다:

이때, ζ와 θ는 다음 식에 따라 관련된다:

회전후에, 이 점 (x,y,z)은 다음 식으로 주어지는 (x',y',z')에 놓이게 된다:

다음과 같다고 하면,

최저 차수의 Ψ에 있어서는, 다음이 성립한다:

따라서,

과, 이에 따라

이 성립한다.

이것은 (1) 식에 치환하면, 이와 같은 작은 회전이 최저 차수의 Ψ에서 다음과 같은 OPD의 변화를 일으킨다는 것을 알 수 있다:

높이 h가 다음 식으로 주어진다고 하자:

이때, m _j 는 정수이다. Ψ=0일 때, 이와 같은 높이는 위상 m _j 2π를 도입한다. Ψ가 제로가 아닐 때, 이와 같은 n조는 다음과 같은 상대적 위상 Φ_rel(따라서, 위상 modulo 2π)을 일으킨다:

더구나, sinθ=r/R(도 4 참조)을 이용하면, 최종적으로 다음 식이 얻어진다:

이때, 이 위상은 cosφ의 함수라는 점에 주목하기 바란다. 따라서, 이것은 코마수차를 발생한다.

입사동(entrance pupil)을 다수의 방사상의 대역으로 분할한다. 각각의 중심 반경은 r_j 이다. 각각의 대역에, Ψ=0일 때 m_j2π인 위상을 도입하도록 하는 높이를 갖는 단차부를 도입한다. 따라서, 렌즈가 방사빔의 축에 대해 기울어지지 않을 때, 이들 단차부는 렌즈의 특성에 영향을 미치지 않거나, 사실상 어떤 영향도 미치지 않게 된다. 렌즈가 각도 Ψ 만큼 기울어질 때, 각각의 대역 j는 다음과 같은 상대 위상 Φ _j 를 일으킨다:

이들 지역들과 정수값 m_j를 적절히 선택함으로써, 이들 위상 구조에 의해 경사진 렌즈로부터 발생되는 코마수차를 크게 보상할 수 있는 한편, 경사지지 않는 경우에, 이들 구조는 파면에 어떤 영향도 미치지 않는다. 이하에서, 상기한 원리의 명확한 실시예를 설명한다.

본 실시예에 있어서는, 대물렌즈(10)가 파장 λ=660nm를 갖는 입사된 평행한 빔을 NA=0.6을 갖는 수렴 빔으로 초점을 맞추며, 이 수렴 빔은 0.6mm의 디스크 커버층을 통해 정보층 상에 스폿을 형성한다. 본 실시예에 있어서, 자유 작업 거리는 1.353mm이다. 디스크의 커버층 두께는 n=1.5796을 갖는 폴리카보네이트로 이루어진 0.6mm이다. 렌즈는, 1.817mm의 광축 상의 두께와 3.3mm의 입사동 직경을 갖는다. 렌즈의 몸체는 굴절률 n=1.7682를 갖는 LAFN28 쇼트(schott) 유리로 제조된다. 시준렌즈를 향하는 렌즈 몸체의 볼록면은 반경 2.28mm를 갖는다. 비구면 형상은 유리 몸체 위의 얇은 아크릴 층을 사용하여 구현된다. 래커층은 n=1.5640의 굴절률을 갖는다. 광축 상의 이 층의 두께는 17 마이크로미터이다. 회전 대칭 비구면 형상은 다음 식으로 주어진다:

이때, z는 밀리미터 단위를 갖는 광축 방향으로의 표면의 위치이고, r은 밀리미터 단위를 갖는 광축까지의 거리이며, B_K는 r의 k 승의 계수이다. 계수 B₂ 내지 B₁₀의 값은 본 실시예에 있어서는 각각 0.2420141, -0.0045950311, -0.00016786429, -4.2268162 10^-5 및 8.5889657 10^-6이다.

시야각 Ψ의 함수로써, 렌즈는 교정되지 않았을 때에는 다음 식으로 주어지는 코마 파면수차 W를 일으킨다:

이때, ρ는 정규화된 동공 좌표이고, 제르니케(Zernike) 계수는 A₃₁=6.457λ 및 A₅₁=5.429λ로 주어진다(이때, λ는 파장이다). 각도 Ψ는 라디안으로 표시된다. 이것은, 파면에러의 제곱 평균 평방근으로도 불리는, 파면수차의 광경로 차이의 제곱 평균 평방근, OPD_rms=0.0485λ를 제공한다.

비구면 표면의 가장 적합한 반경은 R=2.268mm이다. r_max를 동공 반경, r_max=1.65mm라 하면, 다음과 같이 정의된다:

r_j에 중심이 놓인 렌즈의 굴곡된 (비구면) 표면 상에 존재하는 환형 대역은 (식 (13)을 이용하여) 다음과 같은 코마수차 파면 기여값 W_j를 도입한다:

렌즈에 의해 도입된 코마 파면수차를 보상하기 위해, 선택된 수, 바람직하게는 제조 효율을 위해 약 10개의 대역으로 분할된 비주기적 구조를 제공한다. 먼저, 비주기적 위상 구조가 3개의 대역으로 구성되고, 중간의 대역만이 제로가 아닌 위상을 발생하는 경우를 고려한다. 표시를 쉽게 하기 위해, 렌즈에 의해 도입된 코마수차를 다음과 같이 기재한다.

그리고, 한 개의 단차부를 갖는 비주기적 위상 구조에 의해 도입된 코마수차에 대해서는,

이때, 본 실시예에서는 다음과 같이 된다:

이들 2개의 항의 합에 대한 광경로 차이의 제곱 평균 평방근(OPD_rms)은 다음 식으로 주어진다:

이 식을 Q에 대해 최소화하면 다음과 같다:

본 실시예의 경우에는(식 (20)을 참조), 다음과 같다:

식 (23)을 식 (22)에 치환시키면,

OPD_rms를 최소로 하는 값 ρ₁ 및 ρ₂를 얻기 위해서는, 다음 식을 풀어야만 한다:

이것을 본 실시예에 적용하면, ρ₁=0.45, ρ₂=0.84, Q_min=3.339λ가 얻어진다. 따라서, (17) 식으로부터

=0.645, m=11이 얻어지며, 링의 높이는 h=11.925㎛가 된다. 코마수차 파면에러는 OPD_rms=0.0485λ로부터 OPD_rms=0.0387λ로 줄어든다.

코마수차 파면에러의 추가적이고 더욱 바람직한 저감을 얻기 위해, 바람직하게는 한 개보다 많은 비제로(nonzero) 위상 단차부를 갖는 비주기적 위상 구조가 적용되어야 한다. 이 구조는 바람직하게는 한개보다 많은 비제로 위상 구조를 갖는 적어도 4개의 대역을 갖는다. 여기에서는, 3개의 비제로 위상 대역을 갖는 5개의 대역으로 구성된 예를 설명한다. 표 1은, 방사선이 광축을 따라 입사될 때, 렌즈의 특성에 거의 영향을 미치지 않는 한편, 렌즈에서 발생된 코마수차에 대한 거의 최적의 보상을 제공하기 위해 선택된 5개의 다른 환형 대역에 단차부의 높이를 갖는 결과적으로 얻어진 비주기적 구조의 특성을 나열한 것이다. 유한하며 비교적 작은 수의 설치된 대역의 제약 안에서 잔류 rms 파면에러를 실질적으로 최소화함으로써, 거의 최적의 보상이 얻어질 수 있다.

도 5는, 정규화된 동공 좌표 ρ의 함수로써 φ=0 및 Ψ=0.0175 라디안(예시적인 최대의 필요한 시야각)에 대한 파면수차 W/λ를 나타낸 것이다. 점선 (a)는 보상되지 않은 파면수차를 나타내는 한편, 실선 (b)는 보상된 파면수차를 나타낸 것이다.

비주기적인 위상 구조의 존재로 인해, 코마 파면수차가 OPD_rms=0.0486λ로부터 OPD_rms=0.0124λ로 줄어들어, 4/1로 저감되었다.

전술한 실시예에 있어서, 단차부 높이 h_j는 일정한 값으로 주어졌다. 이것은 우선 추정값을 얻는데 유용한데, 단차부 높이는 대략적으로 대역의 반경 중심에 대해 계산된다. 그러나, 대역의 폭에 걸쳐 각도 θ의 변화를 고려하여, 단차부 높이가 대역에 걸쳐 약간 변화되도록 함으로써, 약간 더 우수한 결과가 얻어질 수 있다.

첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서, 전술한 실시예와 관련하여 다양한 변형 및 변화가 채용될 수 있다는 것은 자명하다. 상기한 대물렌즈는 볼록-볼록 렌즈로 도시되어 있지만, 평-볼록 또는 볼록-오목 렌즈 등의 다른 렌즈계도 사용될 수 있다. 전술한 실시예에 있어서의 대물렌즈는 단일 렌즈이지만, 이것은 2개 또는 그 이상의 렌즈부재를 포함하는 복합 렌즈일 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 모두는, 적어도 본 발명의 비주기적 위상 구조의 일부를 포함할 수 있다. 상기한 비주기적 위상 구조는 광학계의 다른 부품들 사이에 분할될 수 있다. 대물렌즈는 예를 들면 굴절 대물렌즈 부재와 회절 렌즈 부재를 구비할 수 있다. 또한, 비주기적 위상 구조는, 대물렌즈와 분리된 광학계 상에, 예를 들면 별개의 대체로 비구면 박판 상에 설치될 수도 있다. 본 발명에 따른 비주기적 위상 구조의 적용은 광 기록 분야에 한정되지는 않는다. 이 위상 구조는 임의의 광학 분야, 예를 들면 사진 및 망원경 분야에도 사용될 수 있다. 위에 예시한 비주기적 위상 구조의 실시예들은 굴곡면 상에 배치되지만, 이 위상 구조는 임의의 형상, 예를 들면 평탄면을 갖는 표면 상에 배치될 수도 있다. 이때, 위상 구조의 적절한 동작을 위해서는, 비주기적 위상 구조가 배치되는 표면에 있는 입사 빔의 파면은 상기 표면의 형상과 다른 형상을 가져야만 한다. 특히, 파면이 거의 구형이고, 이 표면 또한 거의 구형인 경우에, 파면과 표면의 곡률 반경들은 서로 달라야 하며, 바람직하게는 20% 이상 달라야만 한다. 예를 들면, 위상 구조가 평탄한 표면 상에 배치될 때, 입사 빔은 제로값이 아닌 폭주를 가져야만 한다.

전술한 실시예에 있어서는 DVD 포맷의 매체를 주사하는 주사장치에 대해 설명하였지만, 이 주사장치는 이와 달리 또는 추가적으로 주사하고자 하는 임의의 다른 형태의 광 기록매체에도 사용될 수 있다는 것은 자명하다. 또한, 광 기록매체를 주사하는데 적합한, 660nm 이외의 다른 파장들의 조합을 갖는 방사선이 사용될 수 있다는 것은 자명하다.

Claims

선택된 파장을 갖는 방사선으로 광 기록매체를 주사하는 광학주사장치에 있어서,

축 방향과 반경 방향을 가지며, 상기 반경 방향에 대해 비주기적인 위상 구조를 갖는 대물렌즈를 구비하고, 상기 비주기적인 위상 구조는 광 기록매체가 상기 대물렌즈에 대해 축 방향이 아닌 방향에서 판독될 때, 상기 대물렌즈에서 발생된 코마수차를 보상하도록 배치되고, 그에 의해, 향상된 시야가 상기 대물렌즈에 대해 제공되는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
제 1항에 있어서,

상기 비주기적 위상 구조는, 축방향에 대해 특정한 시야각에서 대물렌즈에 의해 발생된 제곱 평균 평방근(rms)의 코마수차 파면 에러의 적어도 50%를 보상하는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
제 2항에 있어서,

상기 비주기적 위상 구조는, 축방향에 대해 특정한 시야각에서 대물렌즈에 의해 발생된 제곱 평균 평방근(rms)의 코마수차 파면 에러의 적어도 70%를 보상하 는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 축 방향에 대해 최대의 필요한 시야각에서 상기 대물렌즈에 의해 발생된 코마수차에 의해 생성된 rms 파면에러는 비주기적 위상 구조에 의해 보상되어, 40mλ보다 작은 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
제 4항에 있어서,

상기 축 방향에 대해 최대의 필요한 시야각에서 대물렌즈에 의해 발생된 코마수차에 의해 생성된 rms 파면에러는 비주기적 위상 구조에 의해 보상되어, 20mλ보다 작은 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 비주기적인 위상 구조는 복수의 환형 대역을 구비하고, 상기 대역 각각은, 상기 대물렌즈가 따르게 되는 회전 대칭 비구면 형상에 대해 일정한 높이를 갖는 단차부를 구비한 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
제 6항에 있어서,

상기 비주기적 위상 구조의 단차부는, 광 기록매체가 상기 축 방향으로 판독될 때, 상기 선택된 파장의 방사선에 대해 2π의 배수의 상대적인 위상차를 발생하는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
제 6항에 있어서,

상기 대역의 반경 방향의 폭은 보상하려는 코마수차에 의존하여 선택되는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
제 8항에 있어서,

상기 대역은, 정규화된 동공 좌표 ρ가 0.45 내지 0.84의 범위의 영역에 위치하고, 상기 비구면 형상과 관련하여 측정된 제로가 아닌 높이를 갖는 대역 (a)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
제 9항에 있어서,

상기 대역 (a)는 0.85의 정규화된 동공 좌표 ρ 이전에 끝나는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
제 8항에 있어서,

상기 대역은, 정규화된 동공 좌표 ρ가 0.9 내지 1.00의 범위의 영역에 위치하고, 상기 비구면 형상과 관련하여 측정된 제로가 아닌 높이를 갖는 대역 (b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
제 11항에 있어서,

상기 대역은, 정규화된 동공 좌표 ρ가 0.9 내지 1.00의 범위의 영역에 위치하고, 상기 비구면 형상과 관련하여 측정된 제로가 아닌 높이를 갖는 복수의 대역을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
제 6항에 있어서,

상기 대역의 높이는, 코마수차를 보상하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
제 6항에 있어서,

상기 대역의 개수는 4보다 큰 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
제 6항에 있어서,

상기 대역의 개수는 10보다 작은 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 비주기적 위상 구조는 상기 대물렌즈의 표면에 형성된 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
광학적인 파워와 축 방향 및 반경 방향을 가지며, 상기 반경 방향에 대해 비주기적인 위상 구조를 갖는 광학 부재를 구비하고, 상기 비주기적 위상 구조는 광 빔이 상기 광학 부재에 대해 축 방향이 아닌 방향으로 광학계를 횡단할 때, 상기 광학 부재에 의해 생성된 코마수차를 보상하도록 배치되고, 그에 의해, 향상된 시야가 상기 광학 부재에 대해 제공되는 것을 특징으로 하는 광학계.