KR100972180B1 - 광학 구성부품을 조명하기 위한 장치, 광기록매체로부터 읽거나 광기록매체에 쓰기 위한 장치와 광 위상 요소의 위상 분포를 결정하기 위한 설계 방법 - Google Patents

광학 구성부품을 조명하기 위한 장치, 광기록매체로부터 읽거나 광기록매체에 쓰기 위한 장치와 광 위상 요소의 위상 분포를 결정하기 위한 설계 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광선 빔의 대칭화 겸 균일화를 위한 요소 및 이런 타입의 요소를 설계하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 한 타겟은, 임의의 원하는 강도 분포를 가진 광선 빔을 비균일 강도 분포를 가진 광선 빔으로부터 성형되도록 하는 수단으로서의 요소 및 대응하는 설계 방법을 제안하는 것이다. 더 상세하게, 이러한 본 발명은 타원 강도 분포를 가진 광선 빔을 다른 타원 강도 분포를 가진 광선 빔으로 변환시키려는 타겟을 가진다. 이를 위하여, 본 발명은 전자기파의 비등방적인 강도의 동시적인 원형화 및 균일화를 위한 위상 요소를 제공한다.

Description

광학 구성부품을 조명하기 위한 장치, 광기록매체로부터 읽거나 광기록매체에 쓰기 위한 장치와 광 위상 요소의 위상 분포를 결정하기 위한 설계 방법{APPARATUS FOR ILLUMINATING AN OPTICAL COMPONENT AND READING FROM OR WRITING TO OPTICAL RECORDING MEDIA, AND DESIGN METHOD FOR DETERMINING A PHASE DISTRIBUTION OF AN OPTICAL PHASE ELEMENT}
본 발명은 광선 빔의 대칭화 겸 균일화를 위한 요소 및 이런 타입의 요소를 설계하기 위한 방법에 관한 것이다.
광학에 있어서, 현존하는 비균일한 강도 분포(inhomogeneous intensity distribution)를 가진 광선 빔은 다른 강도 분포를 가진 광선 빔으로 변환되는 경향이 있다는 문제가 종종 발생한다. 따라서, 공진기 내에서의 자체의 기원 때문에, 반도체 레이저로부터의 광은 가장자리로 향할수록 크게 감소하는 명도(brightness) 분포를 가진다. 일반적으로 종 곡선(bell curve) 형태를 가진 가우스 분포(Gaussian distribution)라고 말한다. 공진기는 일반적으로 x-방향과 y-방향에서 대칭이 아니기 때문에, 상기 종 곡선의 폭은 두 개의 방향에서 크게 차이가 난다. x- 및 y-방향에서의 폭 비율은 일반적으로 약 1:3 이다.
원리적으로, 빔 성형(beam shaping)이라고 불리는 것에는 회절법 및 굴절법이 사용된다. 회절이란 광의 편향이 격자같은 구조에 의해 이루어지는 것을 의미한다. 회절 요소는 설계상에 아무런 제약이 없고, 이에 따라 임의의 원하는 기능이 얻어질 수 있다는 장점을 가진다. 회절 구조에 있어 심각한 문제점은 회절이 각도 및 파장에 대한 극도의 의존성을 보인다는 점이다. 굴절 구조에서는 경계면에서의 굴절에 의해 광선의 편향이 이루어진다. 이것은 각도 및 파장에 대해 크게 독립적이다. 굴절 요소에 대한 설계법은 어떤 제약을 받으며 따라서 약간의 특별한 경우의 빔 성형에만 사용된다.
반도체 레이저에서 광 분포의 비대칭성은 종래에 소위 비점수차 정정 요소(astigmatic correction elements)를 통해 교정되었었다. 이것은 대칭화 또는 원형화(circularization)라고 지칭된다. 이것은 통상적으로 하나 뒤에 다른 하나가 배치된 두개의 원통형 렌즈 조합을 포함한다. 가우스 명도 분포는 일반적으로 보상되지 않는데, 즉 균일화는 수행되지 않는다. 균일화가 요구되는 곳에서, 균일화는 구체 렌즈 조합에 의해 또는 빔 성형 요소에 의해 이루어진다. 여기서의 타겟은 가우스 광 분포를, 원형 영역내에서 평평한-명도 분포를 가지는 소위 플랫탑 프로파일(flat-top profile)로 변환시키는 것이다. 하나의 단일 굴절 요소로 균일화 및 대칭화 기능의 조합을 달성하는 것에 대해서는 지금까지 아직 개시되어 있지 않다.
대칭화에 대한 알려진 방법들은 조립 작업이라는 측면에서 매우 복잡하다. 먼저, 고-품질의 원통 렌즈들이 필요하며 이때 이 렌즈들은 4 개의 자유도로 배치되어야만 한다. 즉 제 1 렌즈의 렌즈 중심은 먼저 광축에 대해 배열되어야만 한다. 그후 제 2 렌즈의 렌즈 중심이 광축에 대해 배열되어야만 한다. 더 나아가 그 렌즈들은 서로 정확한 거리로 떨어져 있어야만 하며 서로에 대해 정확한 회전 각으로 배치되어야만 한다.
대칭화 및 균일화 기능의 조합은 위치지정에 대해 2 개의 추가적인 자유도를 요구할 것이다. 이것을 위해 4개의 구성요소가 필요할 것이다. 결과적으로 8개의 경계면이 생기고 이들은 (1.00-0.968 = 28%)의 반사 손실을 회피하기 위하여 각각 항반사-코팅되어야만 할 것이다. 이 항반사-코팅(antireflection-coating)은 추가적인 컬러 효과를 발생시킨다.
US-A-3,476,463은 가간섭성(coherent) 광선 빔을 다른 미리 결정된 강도 분포의 광선 빔으로 변환시키는 2-요소 시스템을 개시한다. 이런 알려진 해법은 오직 가간섭성 광선 빔에 대해서 그리고 회전 대칭적인 분포를 가진 초기 광선 빔에 대해서만 적절하다는 단점을 가진다.
본 발명의 목적은, 임의의 원하는 강도 분포를 가진 광선 빔이 비균일한 강도 분포를 가진 광선 빔으로부터 성형되도록 하는 요소 및 대응하는 설계 방법을 제안하고자 하는 것이다. 더 상세하게는, 타원형의 강도 분포를 가진 광선 빔을 다른 타원형의 강도 분포를 가진 광선 빔으로 변환시키려는 것이다.
상기 목적은 아래에 기술된 바에 따라 성취된다. 본 발명에 따른 위상 요소는 일반적으로 회전 대칭이 아닌 비균일한 강도 분포를 가진 광선 빔을, 임의의 원하는 강도 분포를 가진 광선 빔으로 성형할 수 있게 한다. 이 경우, 방사(radiation)는 전자기 방사, 특히 광 방사이거나 또는 다른 형태의 조준 방사, 예컨대 입자 방사 중 어느 하나일 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따라, 위상 요소는 파장 및 각도의 면에서 더 큰 독립성이라는 장점을 가지는 굴절 요소이거나, 또는 더 큰 설계 자유라는 장점을 가지는 회절 요소 중 어느 하나일 수 있다. 초기 강도 분포는 특히 타원형이며, 한편 타겟 강도 분포도 일반적인 형태로서 유사하게 타원형이다. 타겟 강도 분포에 대한 더 많은 구체적인 변환예에는 회전 대칭형, 변경된 축반경(semi-axis) 비율을 가진 타원형 또는 회전된 주축들을 가진 타원형이 있다.
이 경우, 위상 요소는 광선 빔의 광선 밀도 분포를 원하는 밀도 분포로 변경시키는 방식으로 설계된다. 선택적으로 이후로는 정정 요소라고 불리는 추가적인 광학 요소가, 필요한 경우, 광선 빔의 광선의 평행화를 수행한다. 정정 요소도 역시 회절 또는 굴절 설계 중 어느 하나일 수 있다. 두 회절 및 굴절 요소는 모두 일반적으로 투과 요소로서 제공되지만, 유사하게 반사 요소로서의 설계도 본 발명의 범위 내에 포함된다.
일 예시로서, 균일화에 추가하여 원형화라는 기능도 수행하는 설계법을 포함하는 광학 구성부품에 대한 설명이 주어진다. 이런 타입의 구성부품은, 균일화만을 위한 구성부품과는 크게 차이가 나는데, 즉 매우 적은 양의 광 손실 및 매우 작은 크기의 구조를 가지면서도 균일화 및 원형화를 동시에 가능하게 한다.
본 발명의 장점은 대다수의 반도체 레이저들이 가장자리 방출기이고 따라서, 생산 지령에 기인하여, 크게 비대칭적인 빔 프로파일을 가진다는 점에서 드러난다. 이것은 고-출력 레이저를 펌핑하기 위한 레이저 어레이들에도 동일하게 적용된다. 일반적으로, 적어도 2 개의 원통형 렌즈가 오로지 원형화를 위해서 사용된다.
제 1의, 특히 타원형, 분포의 광선 빔을 제 2의 타원형 분포의 광선 빔으로 변환시키는 위상 요소의 위상 분포를 결정하기 위한 본 발명에 따른 설계 방법은, 본 발명에 따라, 적어도 2 개의 연속적인 변환을 포함하는데, 이중 한 변환은 자오선 변환(meridional transformation)이고 다른 것은 일정한 행렬식(determinant)을 통한 선형 변환(linear transformation)이다. 이것은 단일의 선형 변환이든지 또는 일정한 행렬식을 통한 복수의 선형 변환의 시퀀스 중 어느 하나일 수 있다. 본 발명에 따라, 원하는 위상 분포를 결정하기 위하여는 이들 조건들을 만족시키는 것으로 충분하다.
바람직한 다른 실시예는, 본 발명에 따라, 2 개의 연속적인 변환을 포함하는데, 그중 제 1의 변환은 등간격의 래디얼(radial) 세그먼트들을 비-등간격의 래디얼 세그먼트들로 변환시키고 제 2의 변환은 제 1 분포의 링(ring) 세그먼트들을 제 2 분포의 링 세그먼트들로 변환시킨다. 제 1 변환이 균일화를 성취하며 제 2 변환에 의해 성취되는 대칭화를 위해 정의된 초기 상태를 제공한다는 점에서 유리하다. 제 1 변환의 타겟 분포는 균일한 광선 밀도 분포이든지 또는 비-균일하지만 타겟하는 방식으로 미리 정해져 있는 광선 빔의 광선 밀도 분포 중 어느 하나일 수 있다. 이 후자의 경우도 또한 "균일화"라는 용어에 포함되는 것으로 의도된다. 많은 경우에, 광선 밀도의 초기 분포는 원형 또는 타원형 대칭을 가질 것이지만, 비-타원형 초기 분포도 역시 본 발명에 따라 제 1 변환을 통해 타원형 중간단계 분포로 변환된다. 제 2 변환을 통하여, 제 1 타원형 분포인 이 중간단계 광선 밀도 분포는, 타겟 광선 밀도 분포인 제 2 타원형 분포로 변환된다. 많은 경우에, 제 2 타원형 분포는 회전 대칭 분포이다. 그러나, 본 발명에 따른 설계 방법은 다른 타원형 대칭, 예컨대 변화된 축반경 비율을 가진 타원형 대칭, 또는 제 1 타원형 분포와 비교해서 회전된 주축들을 가진 타원형 대칭의 타겟 광선 밀도 분포를 형성시킬 수 있게 한다.
본 발명은 대응하는 래디얼 세그먼트 또는 링 세그먼트 마다의 광 출력이 일정하게 유지되도록 한다. 래디얼 또는 링 세그먼드의 크기는 각각의 경우 광출력이 일정하게 유지되도록 하는 크기로 선택된다. 이것은 레이저에 의해 방출된 광량이 실질적으로 전체로서 광시스템에 진입된다는 장점을 가진다.
본 발명에 따라, 상기 변환의 타겟 밀도 분포의 래디얼방향으로의 크기는 자유롭게 선택될 수 있다. 이것이 가지는 장점은, 그 래디얼방향으로의 크기가 크면 클수록 그 강도가 더 작고, 이에 대응하여, 최대 위상 편차가 더 작다는 점이다. 이것은 더 작은 래디얼방향으로의 크기에 대해서는 반대로 대응하여 적용된다. 따라서 위상 요소는, 그 위상 편차가 작기 때문에, 넓은 래디얼방향으로의 크기를 가진 타겟 광선 밀도 분포에 대하여 더욱 간단하게 제작될 수 있다. 더 작은 래디얼방향으로의 크기에 있어서는, 이 경우 더 큰 위상 편차가 설정될 것이기 때문에, 더 작은 직경을 가지는 위상 요소를 선택할 수 있다.
본 발명에 따라, 위상 요소와 상기 타겟 광선 밀도 분포가 성취되는 평면 사이의 거리는 자유롭게 선택가능하다. 이것이 가지는 장점은, 큰 거리가 주어지는 경우, 위상의 구배(gradient)가 작게 일어나므로, 그 결과 위상 요소가 더욱 비용-효율적으로 제작될 수 있다는 점이다. 또 다른 장점은, 주어진 작은 위상 구배에 대해 광선-광학적 고려 및 파장-광학적 고려 사이의 차이가 작고, 그에 따라, 이상적인 결과에서 작은 편차만이 예기된다는 점이다. 반대로, 상기 거리가 더 작으면, 허용할 수 있는 구배가 더 크게 선택될 수 있다. 이것은 생산 가능성 및 허용될 수 있는 편차 모두에 의존한다.
여기서 제안된 방법은 구성부품의 수를 감소시킨다. 이것에 따른 결과는, 더 적은 경계면이 존재하며 그에 따라 빔 경로의 교란이 더 적고, 조립체가 덜 복잡해지고 또한 무게가 덜 나가게 된다는 점이다.
본 발명에 따른 설계 방법은, 원리적으로, 다음과 같이 기술될 수 있는데, 즉 위상 요소의 위상 분포는 다음과 같이 결정된다:
- 초기 광선 밀도 분포를 극좌표
Figure 112003030642776-pct00001
로 표현
- 중간단계 광선 밀도 분포를 극좌표
Figure 112003030642776-pct00002
로 표현
- 가정: 광선은 방위각 (azimuthal) 방향으로가 아니라 자오선 (meridional) 방향으로만 편향된다, 즉
Figure 112003030642776-pct00003
- 대응하는 래디얼 섹션들 내의 광출력 P가 동일하도록
Figure 112003030642776-pct00004
-의존의 제 1 변환 함수
Figure 112003030642776-pct00005
:r → ρ의 계산 :
Figure 112003030642776-pct00006
- 제 1 타원형 분포를 제 2 타원형 분포로 변환시키는 제 2 변환 함수의 계산
- 이로부터 반지름
Figure 112003030642776-pct00007
에 대한 상기 요소의 위상의 도함수의 관계를 결정하는 것이 가능하다
- 적분에 의해 상기 위상 요소의 원하는 위상이 얻어진다.
선택적인 정정 요소의 위상 분포는 다음과 같이 결정된다:
- 위상 요소에서부터 미리 결정된 균일화 거리 zH까지에 이르는 광 전파의 파장-광학적 계산.
- 결과로서, 광 분포의 위상이 zH에서 생성된다:
Figure 112003030642776-pct00008
- 그후 정정 요소의 위상이 복소 공액화(complex conjugation)를 이용하여 생성된다:
Figure 112003030642776-pct00009
.
본 발명에 따른 알고리즘은 구체적인 임무에 대해 적응될 수 있고 최종적으로, 실질적으로 어떠한 손실없이, 예컨대 비대칭 가우스 광선을 회전 대칭 플랫탑 분포로 변환시키는 굴절 광학 구조를 산출한다.
본 발명은 대안적으로, 가우스 분포 또는 그렇지 않은 비-가우스 분포를 예컨대 초-가우스 분포와 같은 대표적인 분포로 변환시키기 위하여, 밀도 변화가 방위각 방향에서 실행되도록 한다. 대안으로서, r-방향 및 y-방향에서의 밀도 변화를 통해, 회전 대칭 또는 그렇지 않은 비-회전 대칭 분포를 r,
Figure 112003030642776-pct00010
또는 x, y 에서 균일한 분포로 변환시키게 한다.
본 발명은, 특히 비대칭 가우스 강도 분포에 대한 동시적인 균일화 및 원형화를 위한 위상 요소 및 이런 타입의 위상 요소를 계산하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 응용에는 광학 시스템의 조명을 위한 이방성 강도 분포를 갖는 반도체 레이저를 위한 빔 균일화 및 빔 성형, 또는 대안적으로 산업적 및 생물학적 재료의 재료 처리를 위한 빔 성형이 있다.
특별한 특징들은: 근사법 없는 해석적 설계 방법이 포함된다. 균일화 및 원형화의 임무들은 하나의 단일 직렬 구성부품(tandem component)에 의해 성취된다. 종래 기술은, 원통형 렌즈들의 조합을 통해 먼저 원형화되는 비등방성(anisotropic) 빔 프로파일을 포함한다. 생산가능성 및 조정 허용오차를 최적화하기 위해 본 발명에 따라 자유로운 파라미터들이 사용될 수 있다. 상기 직렬 구성부품은 하나의 평면/비구면 위상 요소이고 서브-빔들이 위치-의존적으로 편향되도록 한다. 대안으로서, 구면/비구면 위상 요소를 제공하는데, 이 요소는 더 큰 위상 편차가 가능하게 하는 장점을 가지며 그럼에도 불구하고 적어도 한 측면이 표준적인 형태이기 때문에 비용-효율적으로 생산될 수 있다. 적절한 경우, 특히 큰 위상 편차 또는 위상 구배가 보상되어야 한다면, 이중 비구면 위상 요소도 또한 제공된다. 정정 요소는 평면/비구면 위상 요소인 것이 바람직하며 이 요소는, 적절한 경우, 단일 부품으로 또는 추가 요소, 바람직하게는 콜리메이터(collimator)와 결합하여 구현된다. 정정 요소는 제 1 서브-요소로부터 광선 빔의 전파 방향을 따라 특정 거리에 있다. 이 거리는 서브-빔들의 평행 배열에 영향을 끼친다. 완성된 직렬 구성부품의 광학적 두께는 균일화를 위한 다른 기존의 구성부품의 광학적 두께와는 뚜렷이 다르다.
본 발명의 다른 장점들 및 변환예들은 다음의 예시적인 실시예들에 대한 설명에서도 알 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 위상 요소를 가진 장치를 도시하는 개략도.
도 2는 본 발명의 위상 요소 전후의 빔 횡단면을 도시하는 개략도.
도 3은 자오선 방향의 재분포를 도시하는 개략도.
도 4는 제 1 변환을 도시하는 개략도.
도 5는 제 2 변환을 도시하는 개략도.
도 6은 계산된 위상 분포를 도시하는 개략도.
도 7은 초기 강도 분포를 도시하는 개략도.
도 8 내지 도 11은 타겟 강도 분포를 도시하는 개략도.
도 1은 본 발명에 따른 위상 요소(1)를 가진 장치를 보여준다. 도시적으로 예시된 장치는 광기록매체(2)에서/로 읽기 및/또는 쓰기 위한 장치이다. 이런 타입의 장치는 당업자에게 알려져 있으므로, 오직 몇몇 중요한 요소들만이 설명된다. 여기서 사용된 광원은 반도체 레이저 다이오드(3)인데, 이 반도체 레이저 다이오드는 발산성 광선 빔(4)을 방출한다. 이 빔은 타원형 횡단면 및 각각의 광선들(5)의 비균일한 밀도 분포를 가진다. 위상 요소(1)을 통해, 광선 빔(4)의 밀도 분포는 균일해지면서 또한 대칭화되는데, 즉 단일하며, 균일한 광선 밀도 분포가 주어진 횡단면 내에서 얻어지며 비대칭 횡단면은 대칭인, 이 경우 회전 대칭인, 횡단면으로 변환된다. 정정 요소(6)는 균일화되고 대칭화된 광선 빔의 위상을 정정한다. 여기서는 정정 요소가 콜리메이터 렌즈(7)에 결합되어 있는 것으로 도시되지만, 두 부품은 또한 하나의 부품으로도 설계될 수 있다. 콜리메이터 렌즈(7)를 통과한 후, 광선은 대물 렌즈(8)에 의해 광기록매체(2) 상으로 포커싱되고, 광기록매체에 의해 반사되어 반투명 미러(9)에 의해 광검출기(10) 상으로 향해진다.
위상 요소(1)는 여러 위치에서 다른 두께를 가지며, 위상 요소(1)를 통과한 광선은 다르게 변화된 위상을 가지고 위상 요소(1)에서 멀어진다. 여기에 예시된 위상 요소(1)는 평면/비구면 위상 요소로서 예시된다. 위상 요소(1) 대신, 광선 빔의 개별 광선들에서 대응하는 위상 변화를 얻을 수 있는 방식으로 국소적으로 옮겨진 격자 선들을 가지는 격자 구조를 사용하는 것도 역시 가능하다. 이런 타입의 격자는 여기에 예시되어 있지 않지만, 투과형 또는 반사형 중 어느 하나로 동작될 수 있다.
도 2는, 3차원 도면으로서, 예시적인 방식으로 위상 요소(1)에 들어가기 전에 나타나는 것으로서 본 타원형 빔 횡단면(11)을 왼쪽 위에서, 그리고 정정 요소(6)를 떠난 후에 나타나는 것으로서의 회전 대칭 빔 횡단면(12)을 아래 오른쪽 부분에서 보여준다. 점선 프레임은 위상 요소(1)가 배열된 위치를 가리킨다. 이 도면에서는 타원형 빔 횡단면(11)의 비균일한 광선 밀도 및 빔 횡단면(12)의 균일한 광선 밀도를 보여주지는 않는다.
도 3은 위상 요소(1)와 정정 요소(6) 사이에서 광선 빔(4)의 광선(5)의 자오선방향에서의 재분포를 보여준다. 도면은 광축(13)을 따라 고정된 각도만큼의 부분을 보여준다. 좌표 z는 광축에 따라 연장되며, 이 좌표는 위상 요소(1) 이전에 그 원점을 가지도록 의도된다. z=0 에 있어서, 광선 밀도가 반경 r의 함수로서 비균일하게 변화한다는 점이 명확하게 보인다. 광선 밀도는 r 이 작은 값일 때 상대적으 로 높고, r 이 큰 값일 때는 감소한다. 거리 z1에서, 등간격의 래디얼 부분들 r1, r2, r3, r4의 비-등간격의 래디얼 부분들 R1, R2, R3, R4로의 재분포는 여기서 도시된 고정된 각도에 대해 광선(5)의 균일한 밀도 분포를 야기한다.
도 4는 도시적인 3차원 도면으로 본 발명에 따른 방법의 제 1 변환의 자오선방향의 재분포를 보여준다. 왼쪽에서 래디얼 세그먼트(14)가 z=0에 대해 해칭된 각 범위로서 보여지는데, 이 세그먼트는 z=z1에서 대응하는 동일한 각 범위의 래디얼 세그먼트(14')로 맵핑된다. 여기서 명확히 나타난 것은, r=R에서 상기 표시된 래디얼 세그먼트(14)가 r=ρ에서 더 바깥에 위치하는 래디얼 세그먼트(14')로 맵핑된다는 점이다.
도 5는 본 발명에 따른 제 2 변환의 도식적인 예시를 보여주는데, 여기서 왼쪽에 도시된 타원 세그먼트 또는 링 세그먼트(15)가 오른쪽에 도시된 원형 세그먼트(15')로 변환된다.
도 6은 본 발명에 따른 방법에 의해 계산된 위상 분포를, 실수 부분을 보여주는 2차원 도면으로 도시한다. 이 경우, 이 위상 분포 결정의 시작 점은 1:3인 타원형 빔 횡단면(11)의 반경의 비점수차 비율이고, 반경은 1.8 mm 및 0.6 mm이고, 위상 요소의 직경은 5.12 mm이며, 균일화는 위상 요소(1)로부터 거리 z=60 mm에서 이루어진다.
초기 강도 분포는 도 7에서 의사-3D 도면으로 예시된다. 비균일한 강도 분포라는 점이 명백하게 보이며, 더 나아가 회전 대칭이 아니라는 점도 명백하게 보인 다.
도 8은 계산된 타겟 강도 분포를 보여주는데, 이 타겟 강도 분포는 본질적으로 원형 대칭이며 가파르게 떨어지는 가장자리를 가진다. 이 경우 관련된 것은 매우 좋은 소위 플랫탑 분포로서, 이 플랫탑 분포는 가장자리 영역에서만 다른 균일 강도 분포에 비해 약간의 차이를 가진다. 이 약간의 차이는 그 중에서도 특히 현재의 계산이 광선-광학적으로 수행된다는 사실에 기인하는데, 한편 그런 면에서 특정한 차이가 파동-광학적으로 야기된다. 그러나 이것은 특히, 도 1에 도시된 바와 같은 광기록매체에 쓰거나 또는 광 기록매체에서 읽기 위한 본 발명에 따른 장치의 경우 중요하지 않은데, 왜냐하면, 이 경우 플랫탑 프로파일의 바깥 영역은 완벽하게 잘 가려져 제거되기 때문이다. 특히, 트랙킹 타겟을 위한 대물 렌즈(8)의 추적동작(follow-up)의 경우, 후자는 광축(13)에 수직하게 편향된다. 편향 및 차단은 바람직하게, 가능한 한 균일한 플랫탑 프로파일의 영역이 전체 편형 영역에서 가능한 한 멀리 기록매체(2) 상으로 포커싱되도록 하는 방식으로 서로에 대해 배치된다.
만일 계산이 약간 차이가 나는 가우스 파라미터들로 수행된다면 심지어 더 좋은 플랫탑 분포가 얻어진다는 점이 나타났다. 따라서, 820 ㎛ 및 1550 ㎛의 가우스 파라미터를 가진 타원형 초기 광선 분포에 대하여, 만약 계산에 약간 변화된 800 ㎛ 및 1600 ㎛의 가우스 파라미터가 사용된다면, 최적화된 플랫탑 분포가 생성된다. 도 9 내지 도 11은 800 ㎛의 일정한 제 1 가우스 파라미터 및 800 ㎛ 및 1600 ㎛의 실제로 존재하는 가우스 파라미터에 대한 시뮬레이션을 보여주는데, 제 2 가우스 파라미터는 시뮬레이션에 따라 변화되고 있다. 도 9에서는 800 ㎛ 및 1450 ㎛가 사용되었고, 도 10에서는 800 ㎛ 및 1500 ㎛가, 도 11에서는 800 ㎛ 및 1550 ㎛ 가 사용되었다. 명백하게 보이는 바와 같이, 도 10에 따른 플랫탑 분포가 타겟에 가장 가까운 분포이다. 다른 최적화가 제 1 가우스 파라미터를 변화시킴으로써 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 설계 방법은, 기술된 도면을 참조하여, 타원형의 가우스 초기 광선 밀도 분포 및 회전 대칭 플랫탑 타겟 분포의 경우에 대하여 아래에서 설명된다. 가우스 조명 강도는
Figure 112003030642776-pct00011
에 의해 기술되는데, 여기서
Figure 112003030642776-pct00012
은 타원형 가우스 폭을 고려한다.
회전 대칭 플랫탑 타겟 분포는
Figure 112003030642776-pct00013
에 의해 표현될 수 있다.
강도 인자
Figure 112003030642776-pct00014
는 총 출력(total power)의 보존에 의해 따르며, 이에 따라 플랫탑 분포의 각-의존 반경에 연관된다.
Figure 112003030642776-pct00015
총 출력이 초기 강도 분포의 각각의 각도 세그먼트(angular segment)
Figure 112003030642776-pct00016
에서 다르기 때문에, 플랫탑 반경은 주어진 일정한
Figure 112003030642776-pct00017
에 대하여 각도에 의존한다.
제 1 단계인 자오선 방향의 재분포에 의한 균일화에 있어서, 도 3의 z=0에서 각도 세그먼트
Figure 112003030642776-pct00018
는 도 3의 타겟 평면 즉 z=z1 내의 동일한 각도 세그먼트로 맵핑된다. 광선 광학에 따라, 재분포는 래디얼 방향에서만 이루어진다:
Figure 112003030642776-pct00019
이 경우,
Figure 112003030642776-pct00020
은 소스 좌표이고,
Figure 112003030642776-pct00021
는 광학 위상 요소
Figure 112003030642776-pct00022
및 스크린 사이의 거리이며, 여기서 변환된 분포가 관찰된다. 이것은 도 3의 정정 요소(6)에 대응한다. 광-파장-의존 양
Figure 112003030642776-pct00023
은 파수(wave number)라고 불리운다. 각각의
Figure 112003030642776-pct00024
,
Figure 112003030642776-pct00025
세그먼트에서 출력의 보존은 다음:
Figure 112003030642776-pct00026
이 참이라는 것을 요구한다. 각도 요소
Figure 112003030642776-pct00027
는 양쪽에서 동일하고 그러므로 삭제되었다.
이 수학식은
Figure 112003030642776-pct00028
에 따라, 즉:
Figure 112003030642776-pct00029
에 따라 닫혀져서 풀린다
자오선방향의 재분포에 대한 제한 때문에, 위상은 수학식 5로부터 래디얼 적분에 의해 직접 결정될 수 있을 것이다. 그러나, 상기 요소는 타원형 가우스 분포를 반경
Figure 112003030642776-pct00030
를 가지는 대응하는 타원형 플랫탑 분포로 변환시킬 것이다.
따라서, 제 2 단계인 다른 좌표 변환이 본 발명에 따라 도입된다. 추가적인 설명은 2차원적인 방식으로 이루어질 것인데, 이 단계에 의한 전체적인 변환은 비-자오선방향으로 되기 때문이다.
2차원적 표현에 있어서, 제 1 변환은 다음:
Figure 112003030642776-pct00031
과 같고, 여기서
Figure 112003030642776-pct00032
는 수학식 7에서 온 것이다. 제 2 변환의 타겟은 타원형 플랫탑 분포를 회전 대칭 분포로 변환하려는 것이다. 이 타겟은 다음 변환:
Figure 112003030642776-pct00033
에 의해 이루어진다. 변환 T2는 선형이며, 인자 σx / σy 의 값에 의존하여, y-방향에서의 팽창 또는 압축을 나타낸다. 이것은 다음과 같은 행렬:
Figure 112003030642776-pct00034
로서 쓰여진다. T2는 위치-불변 미터법를 가진 선형 변환이며; 행렬식(determinant)
Figure 112003030642776-pct00035
은 x 나 y에 의존하지 않는다. 다음은 복수의 변환 T2, . . . , Tn 에 대하여 참이다:
Figure 112003030642776-pct00036
형태의 모든 변환은, 만약 T1이 자오선 방향의 변환이고 T2, . . . , Tn이
Figure 112003030642776-pct00037
이라는 성질을 가진 선형 변환인 경우, 본 발명에 따른 방법에 속하는 것이다.
예: T2 = T21 * T22, 여기서
Figure 112003030642776-pct00038
;
Figure 112003030642776-pct00039
상기 곱한 변환
Figure 112003030642776-pct00040
은 수학식 9 및 수학식 10에 따라 여기서 고려되는 경우에 결합되어, 비-자오선방향의 총 변환
Figure 112003030642776-pct00041
및 다음의 관계들:
Figure 112003030642776-pct00042
을 제공한다.
광학적 위상의 결정은 2차원적 벡터 관계
Figure 112003030642776-pct00043
에 기초한다.
극좌표에서 구배에 대한 표현
Figure 112003030642776-pct00044
을 수학식 13과 함께 사용하면 다음의 편미분:
Figure 112003030642776-pct00045
은 참이다.
위상은 2차원 경우에 하나의 경로에 걸친 적분에 의해 결정된다:
Figure 112003030642776-pct00046
이 적분은 거리-독립적이고; 따라서, 래디얼 방향에서 r=0의 경로가 선택된다. 위상은 적분
Figure 112003030642776-pct00047
으로부터 결정된다. 이 경우 r 및 φ는 위상 요소의 위치 z=0에서 극좌표들이고, k 및 z는 수학식 5에 따라 이미 기술된 바와 같다.
위상 요소(1)의 높이 분포는 공식
Figure 112003030642776-pct00048
에 의해 결정된다. 이 경우,
Figure 112003030642776-pct00049
는 극좌표로 위상 요소의 높이고, k는 파수이고
Figure 112003030642776-pct00050
은 위상 요소의 경계에서 굴절 지수의 차이이다. 명백하게 알 수 있는 점은, 두 수학식 17 및 수학식 18에서 파수 k에 대한 파장 의존성은 위상 요소(1)의 높이 분포 프로파일의 결정에 있어서 누락되었다는 점이다. 약간의 파장 의존성이 굴절 지수의 차이
Figure 112003030642776-pct00051
에 대해서만 발생될 수 있지만; 상기 파장 의존성은 반도체 레이저 광의 빔 성형 응용에 대해서는 중요하지 않다.
본 발명에 따른 위상 요소는 제 1 임의의 비균일 강도 분포 I0를 가진, 1차원도 아니고 회전 대칭도 아닌, 광선 빔을 제 2 비균일 강도 분포 I1를 가진 광선 빔으로 변환시킨다. 이 경우, 광선의 제 1 강도 분포 I0의 소스 위치 (x0, y0 )의 제 2 강도 분포 I1의 타겟 위치 (x1, y1)로의 변환은, 1차원 변환 TE 또는 회전 대칭 변환 TR 및 선형 변환 TL의 연속적인 수행으로서 표현될 수 있다.
이 경우, 회전 대칭 변환 TR은 일반적인 형태
Figure 112003030642776-pct00052
를 가지며, 여기서 T는 선형 변환이고,
Figure 112003030642776-pct00053
는 소스 위치 (x0, y0)의 극좌표 각도이고, r은 회전 대칭 분포라고 알려져 있는 관계식에 따라 계산되는데, 상기 회전 대칭 분포 관계식은
Figure 112008052344550-pct00087
이고, 여기서
Figure 112003030642776-pct00055
은 임의의 강도 분포들 I0, I1의 미분적인 세그먼트
Figure 112003030642776-pct00056
에서의 각도-의존성 출력이다.
1차원 변환 TE는 일반적인 형태
Figure 112003030642776-pct00057
를 가지며, T는 선형 변환이고 f 및 g는 1차원 분포라고 알려진 관계식에 따라 계산되는데, 상기 1차원 분포 관계식은
Figure 112008052344550-pct00088
Figure 112008052344550-pct00089
이다. 여기서
Figure 112003030642776-pct00059
에 따라 Pj(x) 및 Qj(x)는 분리가능한 임의의 강도 분포
Figure 112003030642776-pct00060
의 부분적인 출력이다.
본 발명에 따른 위상 요소는 굴절 위상 요소로서 또는 반사 요소로서 또는 홀로그래픽 요소로서 중 어느 하나로 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 굴절 위상 요소의 높이 분포는 경로 적분
Figure 112003030642776-pct00061
에 의해 결정된다. 이 경우, z는 미리 결정된 강도 분포 I0 및 I1을 갖는 평면들 사이의 거리이고, n은 위상 요소의 굴절 지수이다.
본 발명에 따른 반사 요소의 높이 분포는 경로 적분
Figure 112003030642776-pct00062
에 의해 결정된다. 이 경우, 여기서도 역시 z는 미리 결정된 강도 분포 I0 및 I1을 갖는 평면들 사이의 거리이다.
본 발명에 따른 홀로그래픽 요소의 위상 분포 φ는 경로 적분
Figure 112003030642776-pct00063
에 의해 결정된다. 여기서도 역시 z는 미리 결정된 강도 분포 I0 및 I1을 갖는 평면 들 사이의 거리이고, k는 파수이다.
본 발명에 있어서 새로운 점은 하나의 단일 요소내에 두 기능의 조합이라는 점이다. 또한 새로운 점은, 특히, 설계 방법이, 한계 내에서, 임의의 명도 프로파일을 새롭고 원하는 프로파일로 변환되도록 한다는 점이다.
본 발명의 장점은 종래 방법의 단점들로부터 금방 알 수 있다. 상기 요소가 자체 내에 여러 기능들을 이미 결합하고 있기 때문에, 조립체 복잡도는 상당하게 감소된다. 상기 요소는, 응용장치에 대해 균일한 광 분포가 요구되는 경우마다 유익하게 사용될 수 있다. 이런 경우는 소위 광학 저장장치 내의 픽업(읽기/쓰기 헤드)을 위한 경우뿐만 아니라 조명 기술 또는 레이저 용접의 경우에 해당한다.
본 발명은 광선 빔의 대칭화 겸 균일화를 위한 요소 및 이런 타입의 요소를 설계하기 위한 방법 등에 이용할 수 있다.

Claims (21)

  1. 광기록매체(2)로부터 읽거나 광기록매체(2)에 쓰기 위한 장치로서,
    타원형 가우스 강도 분포(I0)를 갖는 광선 빔을 방출하기 위한 광원과,
    상기 타원형 가우스 강도 분포(I0)를 갖는 광선 빔을 균일 회전 대칭 강도 분포(I1)를 갖는 광선 빔으로 변환시키기 위한 광 위상 요소와,
    균일 회전 대칭 강도 분포(I1)를 갖는 광선 빔을 시준하기 위한 콜리메이터 렌즈와,
    균일 회전 대칭 강도 분포(I1)를 갖는 광선 빔을 집속하기 위한 대물 렌즈를
    포함하되,
    상기 광 위상 요소는 상기 타원형 가우스 강도 분포(I0)를 갖는 광선 빔의 소스 위치(x0, y0)의 상기 균일 회전 대칭 강도 분포(I1)를 갖는 광선 빔의 타겟 위치(x1, y1)로의 변환을 수행하기 위해 적응되도록 설계되고, 상기 변환은 1차원 또는 회전 대칭 변환(TE 또는 TR) 및 선형 변환(TL)의 연속적인 실행에 의해 표현되는 것을 특징으로 하는, 광기록매체로부터 읽거나 광기록매체에 쓰기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 대칭 변환(TR)의 형태는
    Figure 112009011428458-pct00064
    를 가지며, 여기서 T는 선형 변환이고,
    Figure 112009011428458-pct00065
    는 상기 소스 위치의 극좌표 각도이며, r은 회전 대칭 분포라고 알려진 관계식
    Figure 112009011428458-pct00090
    에 의해 계산되고, 여기서
    Figure 112009011428458-pct00067
    는 상기 타원형 가우스 강도 분포(I0)와 상기 균일 회전 대칭 강도 분포(I1)의 미분적인 세그먼트
    Figure 112009011428458-pct00068
    에서의 각도-의존 출력인 것을 특징으로 하는, 광기록매체로부터 읽거나 광기록매체에 쓰기 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차원 변환(TE)의 형태는
    Figure 112008052344550-pct00069
    를 가지며, 여기서 T는 선형 변환이고, f 및 g는 1차원 분포라고 알려진 관계식
    Figure 112008052344550-pct00091
    Figure 112008052344550-pct00092
    ,
    에 따라 계산되고, 여기서
    Figure 112008052344550-pct00071
    는 분리가능한 임의의 강도 분포들
    Figure 112008052344550-pct00072
    의 부분적인 출력들인 것을 특징으로 하는, 광기록매체로부터 읽거나 광기록매체에 쓰기 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 위상 요소는 높이 분포가 경로 적분
    Figure 112009011428458-pct00073
    에 의해 결정되는 굴절 요소이고, 여기서 z는 상기 타원형 가우스 강도 분포(I0)와 상기 균일 회전 대칭 강도 분포(I1)를 갖는 평면들 사이의 거리이고, n은 상기 위상 요소의 굴절 지수(refractive index)인 것을 특징으로 하는, 광기록매체로부터 읽거나 광기록매체에 쓰기 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 위상 요소는 높이 분포가 경로 적분
    Figure 112009011428458-pct00074
    에 의해 결정되는 반사 요소이고, 여기서 z는 상기 타원형 가우스 강도 분포(I0)와 상기 균일 회전 대칭 강도 분포(I1)를 갖는 평면들 사이의 거리인 것을 특징으로 하는, 광기록매체로부터 읽거나 광기록매체에 쓰기 위한 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 위상 요소는 위상 분포 φ가 경로 적분
    Figure 112009011428458-pct00075
    에 의해 결정되는 홀로그래픽 요소이고, 여기서 z는 상기 타원형 가우스 강도 분포(I0)와 상기 균일 회전 대칭 강도 분포(I1)를 갖는 평면들 사이의 거리이고, k는 파수(wave number)인 것을 특징으로 하는, 광기록매체로부터 읽거나 광기록매체에 쓰기 위한 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 평행화(parallelization)를 위한 정정 요소(6)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 광기록매체로부터 읽거나 광기록매체에 쓰기 위한 장치.
  8. 미리 결정된 강도 분포로 광학 구성부품을 조명하기 위한 장치로서,
    타원형 가우스 강도 분포(I0)를 갖는 광선 빔을 방출하기 위한 광원과,
    상기 타원형 가우스 강도 분포(I0)를 갖는 광선 빔을 균일 회전 대칭 강도 분포(I1)를 갖는 광선 빔으로 변환시키기 위한 광 위상 요소와,
    균일 회전 대칭 강도 분포(I1)를 갖는 광선 빔을 시준하기 위한 콜리메이터 렌즈와,
    균일 회전 대칭 강도 분포(I1)를 갖는 광선 빔을 집속하기 위한 대물 렌즈를
    포함하되,
    상기 광 위상 요소는 상기 타원형 가우스 강도 분포(I0)를 갖는 광선 빔의 소스 위치(x0, y0)의 상기 균일 회전 대칭 강도 분포(I1)를 갖는 광선 빔의 타겟 위치(x1, y1)로의 변환을 수행하기 위해 적응되도록 설계되고, 상기 변환은 1차원 또는 회전 대칭 변환(TE 또는 TR) 및 선형 변환(TL)의 연속적인 실행에 의해 표현되는 것을 특징으로 하는, 미리 결정된 강도 분포로 광학 구성부품을 조명하기 위한 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 회전 대칭 변환(TR)의 형태는
    Figure 112009011428458-pct00093
    를 가지며, 여기서 T는 선형 변환이고,
    Figure 112009011428458-pct00094
    는 상기 소스 위치의 극좌표 각도이며, r은 회전 대칭 분포라고 알려진 관계식
    Figure 112009011428458-pct00095
    에 의해 계산되고, 여기서
    Figure 112009011428458-pct00096
    는 상기 타원형 가우스 강도 분포(I0)와 상기 균일 회전 대칭 강도 분포(I1)의 미분적인 세그먼트
    Figure 112009011428458-pct00097
    에서의 각도-의존 출력인 것을 특징으로 하는, 미리 결정된 강도 분포로 광학 구성부품을 조명하기 위한 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 1차원 변환(TE)의 형태는
    Figure 112008052344550-pct00098
    를 가지며, 여기서 T는 선형 변환이고, f 및 g는 1차원 분포라고 알려진 관계식
    Figure 112008052344550-pct00099
    Figure 112008052344550-pct00100
    ,
    에 따라 계산되고, 여기서
    Figure 112008052344550-pct00101
    는 분리가능한 임의의 강도 분포들
    Figure 112008052344550-pct00102
    의 부분적인 출력들인 것을 특징으로 하는, 미리 결정된 강도 분포로 광학 구성부품을 조명하기 위한 장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 위상 요소는 높이 분포가 경로 적분
    Figure 112009011428458-pct00103
    에 의해 결정되는 굴절 요소이고, 여기서 z는 상기 타원형 가우스 강도 분포(I0)와 상기 균일 회전 대칭 강도 분포(I1)를 갖는 평면들 사이의 거리이고, n은 상기 위상 요소의 굴절 지수(refractive index)인 것을 특징으로 하는, 미리 결정된 강도 분포로 광학 구성부품을 조명하기 위한 장치.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 위상 요소는 높이 분포가 경로 적분
    Figure 112009011428458-pct00104
    에 의해 결정되는 반사 요소이고, 여기서 z는 상기 타원형 가우스 강도 분포(I0)와 상기 균일 회전 대칭 강도 분포(I1)를 갖는 평면들 사이의 거리인 것을 특징으로 하는, 미리 결정된 강도 분포로 광학 구성부품을 조명하기 위한 장치.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 위상 요소는 위상 분포 φ가 경로 적분
    Figure 112009011428458-pct00105
    에 의해 결정되는 홀로그래픽 요소이고, 여기서 z는 상기 타원형 가우스 강도 분포(I0)와 상기 균일 회전 대칭 강도 분포(I1)를 갖는 평면들 사이의 거리이고, k는 파수(wave number)인 것을 특징으로 하는, 미리 결정된 강도 분포로 광학 구성부품을 조명하기 위한 장치.
  14. 제 8 항에 있어서, 평행화(parallelization)를 위한 정정 요소(6)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 미리 결정된 강도 분포로 광학 구성부품을 조명하기 위한 장치.
  15. 타원형 가우스 광선 밀도 분포(11)의 광선 빔(4)을 균일 회전 대칭 광선 밀도 분포(12)의 광선 빔으로 변환시키는 광 위상 요소(1)의 위상 분포를 결정하기 위한 설계 방법으로서,
    상기 타원형 가우스 광선 밀도 분포(11)의 광선 빔(4)의 적어도 두 연속적인 변환들(T1*T2*...*Tn)을 수행하는 단계와,
    균일 회전 대칭 광선 밀도 분포(12)의 광선 빔의 시준을 수행하는 단계와,
    균일 회전 대칭 광선 밀도 분포(12)의 광선 빔의 집속을 수행하는 단계를
    포함하되,
    상기 변환들 중 제 1 변환(T1)은 자오선방향의 변환(meridional transformation)이고 제 2 변환(T2,...,Tn)은 일정한 행렬식을 가지는 선형 변환(linear transformation)인, 광 위상 요소의 위상 분포를 결정하기 위한 설계 방법.
  16. 타원형 가우스 광선 밀도 분포(11)의 광선 빔(4)을 균일 회전 대칭 타원형 광선 밀도 분포(12)의 광선 빔으로 변환시키는 광 위상 요소(1)의 위상 분포를 결정하기 위한 설계 방법에 있어서,
    상기 타원형 가우스 광선 밀도 분포(11)의 광선 빔(4)의 두 연속적인 변환들을 수행하는 단계와,
    균일 회전 대칭 타원형 광선 밀도 분포(12)의 광선 빔의 시준을 수행하는 단계와,
    균일 회전 대칭 타원형 광선 밀도 분포(12)의 광선 빔의 집속을 수행하는 단계를
    포함하되,
    상기 변환들 중 제 1 변환은 상기 타원형 가우스 광선 밀도 분포(11)의 등간격 래디얼 세그먼트들(14, ri)을 비-등간격 래디얼 세그먼트들(14', Ri)로 변환시키고, 제 2 변환은 제 1 타원형 분포의 링 세그먼트들(15)을 균일 회전 대칭 분포의 링 세그먼트들(15')로 변환시키는,
    광 위상 요소의 위상 분포를 결정하기 위한 설계 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 대응하는 래디얼 세그먼트(14, 14') 또는 링 세그먼트(15, 15') 마다의 광학 출력은 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는, 광 위상 요소의 위상 분포를 결정하기 위한 설계 방법.
  18. 광기록매체(2)로부터 읽거나 광기록매체(2)에 쓰기 위한 장치로서,
    타원형 가우스 광선 밀도 분포(11)를 갖는 광선 빔을 방출하기 위한 광원과,
    상기 타원형 가우스 광선 밀도 분포(11)의 광선 빔(4)을 균일 회전 대칭 광선 밀도 분포(12)의 광선 빔으로 변환시키기 위한 광 위상 요소와,
    균일 회전 대칭 광선 밀도 분포(12)의 광선 빔을 시준하기 위한 콜리메이터 렌즈와,
    균일 회전 대칭 광선 밀도 분포(12)의 광선 빔을 집속하기 위한 대물 렌즈를
    포함하되,
    상기 광 위상 요소의 위상 분포는 상기 타원형 가우스 광선 밀도 분포(11)의 광선 빔(4)의 적어도 두 연속적인 변환들(T1*T2*...*Tn)을 수행하는 단계를 갖는 설계 방법에 의해 결정되며,
    상기 변환들 중 제 1 변환(T1)은 자오선방향의 변환이고 제 2 변환(T2,...,Tn)은 일정한 행렬식을 가지는 선형 변환인 것을 특징으로 하는, 광기록매체로부터 읽거나 광기록매체에 쓰기 위한 장치.
  19. 미리 결정된 밀도 분포로 광학 구성부품을 조명하기 위한 장치로서,
    타원형 가우스 광선 밀도 분포(11)를 갖는 광선 빔을 방출하기 위한 광원과,
    상기 타원형 가우스 광선 밀도 분포(11)의 광선 빔(4)을 균일 회전 대칭 광선 밀도 분포(12)의 광선 빔으로 변환시키기 위한 광 위상 요소와,
    균일 회전 대칭 광선 밀도 분포(12)의 광선 빔을 시준하기 위한 콜리메이터 렌즈와,
    균일 회전 대칭 광선 밀도 분포(12)의 광선 빔을 집속하기 위한 대물 렌즈를
    포함하되,
    상기 광 위상 요소의 위상 분포는 상기 타원형 가우스 광선 밀도 분포(11)의 광선 빔(4)의 적어도 두 연속적인 변환들(T1*T2*...*Tn)을 수행하는 단계를 갖는 설계 방법에 의해 결정되며,
    상기 변환들 중 제 1 변환(T1)은 자오선방향의 변환이고 제 2 변환(T2,...,Tn)은 일정한 행렬식을 가지는 선형 변환인 것을 특징으로 하는, 미리 결정된 밀도 분포로 광학 구성부품을 조명하기 위한 장치.
  20. 광기록매체(2)로부터 읽거나 광기록매체(2)에 쓰기 위한 장치로서,
    타원형 가우스 광선 밀도 분포(11)를 갖는 광선 빔을 방출하기 위한 광원과,
    상기 타원형 가우스 광선 밀도 분포(11)의 광선 빔(4)을 균일 회전 대칭 광선 밀도 분포(12)의 광선 빔으로 변환시키기 위한 광 위상 요소와,
    균일 회전 대칭 광선 밀도 분포(12)의 광선 빔을 시준하기 위한 콜리메이터 렌즈와,
    균일 회전 대칭 광선 밀도 분포(12)의 광선 빔을 집속하기 위한 대물 렌즈를
    포함하되,
    상기 광 위상 요소의 위상 분포는 상기 타원형 가우스 광선 밀도 분포(11)의 광선 빔(4)의 두 연속적인 변환들을 수행하는 단계를 갖는 설계 방법에 의해 결정되며,
    상기 변환들 중 제 1 변환은 상기 타원형 가우스 광선 밀도 분포(11)의 등간격 래디얼 세그먼트들(14, ri)을 비-등간격 래디얼 세그먼트들(14', Ri)로 변환시키고, 제 2 변환은 제 1 타원형 분포의 링 세그먼트들(15)을 균일 회전 대칭 분포의 링 세그먼트들(15')로 변환시키는 것을 특징으로 하는,
    광기록매체로부터 읽거나 광기록매체에 쓰기 위한 장치.
  21. 미리 결정된 밀도 분포로 광학 구성부품을 조명하기 위한 장치로서,
    타원형 가우스 광선 밀도 분포(11)를 갖는 광선 빔을 방출하기 위한 광원과,
    상기 타원형 가우스 광선 밀도 분포(11)의 광선 빔(4)을 균일 회전 대칭 광선 밀도 분포(12)의 광선 빔으로 변환시키기 위한 광 위상 요소와,
    균일 회전 대칭 광선 밀도 분포(12)의 광선 빔을 시준하기 위한 콜리메이터 렌즈와,
    균일 회전 대칭 광선 밀도 분포(12)의 광선 빔을 집속하기 위한 대물 렌즈를
    포함하되,
    상기 광 위상 요소의 위상 분포는 상기 타원형 가우스 광선 밀도 분포(11)의 광선 빔(4)의 두 연속적인 변환들을 수행하는 단계를 갖는 설계 방법에 의해 결정되며,
    상기 변환들 중 제 1 변환은 상기 타원형 가우스 광선 밀도 분포(11)의 등간격 래디얼 세그먼트들(14, ri)을 비-등간격 래디얼 세그먼트들(14', Ri)로 변환시키고, 제 2 변환은 제 1 타원형 분포의 링 세그먼트들(15)을 균일 회전 대칭 분포의 링 세그먼트들(15')로 변환시키는 것을 특징으로 하는,
    미리 결정된 밀도 분포로 광학 구성부품을 조명하기 위한 장치.
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