KR20010041401A - 광학 주사장치 - Google Patents

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Abstract

기록매체(68)를 주사하는 광학 주사장치는 방사빔(61)을 기록매체로 향하게 한다. 2개의 검출계(73, 74), 즉 빔의 초점 앞에 한 개와 빔의 초점 뒤에 한 개의 검출계가 기록매체에 의해 반사된 빔(72)의 경로 내부에 배치된다. 이들 검출계의 출력신호는 각각의 검출계의 평면에 있는 빔의 강도 분포를 나타낸다. 이들 출력신호는 신호처리되어 반사된 빔의 수차를 나타내는 신호를 형성한다. 이때, 수차는 코마수차 또는 구면수차일 수 있다. 수차신호는 기록매체 상에 입사된 방사빔의 광 경로에 있는 응축부재(64)를 제어하는데 사용된다.

Description

광학 주사장치{OPTICAL SCANNING DEVICE}
본 발명은, 정보층을 포함하는 광 기록매체를 주사하며, 제 1 방사빔을 정보층 상의 스폿으로 수렴시키는 대물렌즈를 구비한 광학 주사장치에 관한 것이다.
이와 같은 형태의 광학 주사장치는, 문헌 "Tilt correction in an optical system" by Gerber and Mansuripur, Applied Optics, Vol. 35, No. 35, pp. 7000-7007에 공지되어 있다. 이러한 종래의 장치에서, 방사원은 방사빔을 발생하고, 이 방사빔은 대물렌즈에 의해 정보층 상의 스폿으로 수렴된다. 기록매체로부터 반사된 방사빔은 검출계 상에 도달한다. 검출계의 전기 출력신호는, 기록매체 상의 대물계의 광축 사이의 기울어짐을 나타내는 경사 신호를 생성하는데 사용된다. 이와 같은 기울어짐은 스폿의 코마수차(comatic aberration)를 일으킨다. 경사 신호는, 코마수차를 보상하기 위해 제 1 빔의 경로 내에 배치된 경사 교정기를 제어하는데 사용된다. 이와 같은 종래기술은, 고밀도 광 기록매체를 주사할 때, 스폿의 품질이 충분하지 않다는 문제점을 갖고 있다.
결국, 본 발명의 목적은, 상기한 문제점을 갖지 않은 주사장치를 제공함에 있다.
상기한 목적은, 서두에 기재된 것과 같은 본 발명에 따른 주사장치에 의해 달성되는데, 이 주사장치는, 기록매체로부터 제 2 방사빔을 수신하며 스폿의 상의 전후에 각각 배치된 제 1 및 제 2 검출계를 구비하고, 이들 검출계는 입사 방사선의 강도 프로파일을 결정하도록 구성되며, 상기 주사장치는 제 2 방사빔의 파면수차(wavefront aberration)를 나타내는 전기신호를 형성하기 위해 제 1 및 제 2 검출기의 전기 출력에 접속된 전자회로를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 스폿의 상의 앞에 있는 위치와 스폿의 상의 뒤에 있는 위치에서의 방사빔의 강도 프로파일의 측정으로부터 제 2 빔의 광학 수차를 결정할 수 있다는 착상에 근거를 두고 있다. 광학수차의 값은 이들 검출계의 강도값의 조합으로부터 결정될 수 있다. 제 2 빔이 2개의 분파(branch)로 분리되고 제 1 및 제 2 검출계가 제 1 및 제 2 분파 내부에 각각 배치되면, 이들 두 개의 검출계는 파면수차의 적절한 결정을 확보하기 위해 제 2 빔의 동일한 단면으로부터 방사선을 수신해야 한다. 측정된 수차 값은, 수차의 영향을 보상하는 방사빔의 경로에 있는 광학부재를 제어할 수 있도록 함으로써, 기록매체 상에 빔에 의해 형성된 스폿의 품질을 향상시킨다. 광학수차는, 구면수차, 코마수차 및 비점수차와 같은 주요 수차로서, 더 높은 차수의 수차이다. 이때, 광학수차는 초점 흐려짐(defocus)을 포함하지 않는다는 점에 주목하기 바란다.
검출계의 특정한 실시예는, 바람직하게는 제 2 빔의 광축 상에 배치된 중앙 검출기와, 중앙 검출기의 주위에 배치된 환형 검출기를 구비한다. 이와 같은 검출계는, 제 2 빔 내부의 구면수차를 검출하는데 매우 적합하며, 마찬가지로 초점오차를 결정할 수 있도록 한다.
검출계의 또 다른 실시예는 3개의 스트립 검출기를 구비한다. 검출계는 초점오차와 구면수차 모두를 결정할 수 있게 한다. 또한, 검출계는 방사선의 파장의 변화에 비교적 영향을 받지 않는다. 이와 같은 변화는, 특히 격자나 홀로그램이 사용되는 방사빔의 경로에 영향을 미친다. 여타의 실시예는 청구범위에 기재되어 있다.
2개의 검출계, 즉 스폿의 상의 앞에 한 개와 뒤에 한 개의 검출계를 갖는 광학 주사장치는 미국특허 제 4,724,533호로부터 공지되어 있다는 점에 주목하기 바란다. 제 1 및 제 2 검출계의 전기 검출신호는, 제 1 방사빔의 초점과 정보층의 위치 사이의 축방향 거리를 나타내는 초점오차 신호를 생성하는데 사용된다. 검출신호는 제 2 빔 내부의 광학수차를 나타내는 신호를 생성하는데 사용되지는 않는다.
본 발명의 목적, 이점 및 특징부는, 다음의 첨부도면에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다:
도 1은 주사장치를 나타낸 것이고,
도 2는 대물렌즈와 평볼록(plano-convex) 렌즈를 나타낸 것이며,
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 검출계의 3가지 실시예와 검출계 상의 방사빔의 분할을 나타낸 것이고,
도 4는 검출계의 일 실시예에 있어서의 검출기의 배치를 나타낸 것이며,
도 5는 본 발명에 따른 주사장치를 나타낸 것이고,
도 6은 검출계의 일 실시예에 있어서의 검출기의 배치를 나타낸 것이며,
도 7은 관측 대상인 방사빔 내부에 도입된 구면수차의 양의 함수로써의 정규화된 구면수차 신호를 나타낸 그래프이다.
도 1은 광 기록매체(1)를 주사하는 장치를 나타낸 것이다. 기록매체는 투명층(2)을 구비하며, 그것의 일면에는 정보층(3)이 배치된다. 투명층으로부터 멀리 떨어지도록 향하는 정보층의 면은 보호층(4)에 의해 환경적인 영향으로부터 보호된다. 장치를 향하는 투명층의 면을 입사면(5)으로 부른다. 투명층(2)은 정보층에 대해 기계적인 지지부를 제공하여 기록매체에 대한 지지체로서 동작한다. 이와 달리, 투명층은 정보층을 보호하는 유일한 기능을 갖는 한편, 기계적인 지지는 예를 들면, 보호층(4) 또는 정보층(3)에 연결된 또 다른 정보층과 투명층과 같은 정보층의 타측에 있는 층에 의해 제공될 수 있다. 정보는, 도면에 도시되지 않은 거의 평행하거나 동심을 이루거나 나선형의 복수의 트랙으로 배치된 광학적으로 검출가능한 복수의 마크의 형태로 기록매체의 정보층(3) 내부에 저장된다. 이들 마크는, 예를 들면, 복수의 피트, 또는 그것의 주변부와 다른 반사계수 또는 자화 방향을 갖는 영역, 또는 이들 형태의 조합의 형태와 같은 임의의 광학적으로 판독가능한 형태를 가질 수 있다.
주사장치는, 발산하는 방사빔(7)을 방출하는, 예를 들면 반도체 레이저와 같은 방사원(6)을 구비한다. 빔 스플리터(8), 예를 들면, 반투명 판은 방사선을 렌즈계를 향해 반사시킨다. 이 렌즈계는, 시준렌즈(9), 대물렌즈(10)와 평볼록 렌즈(11)를 구비한다. 시준렌즈(9)는 발산하는 방사빔(7)을 집광된 빔(12)으로 변화시킨다. 광축(13)을 갖는 대물렌즈(10)는 집광된 방사빔(12)을 렌즈(11) 상에 입사되는 수렴 빔(14)으로 변환한다. 이때, 시준렌즈(9)와 대물렌즈(10)는 한 개의 렌즈로 결합될 수 있다. 평볼록 랜즈(11)는 입사 빔(14)을 수렴하는 빔(15)으로 변화시키는데, 이 수렴하는 빔은 정보층(3) 상에 스폿(16)으로 된다. 평볼록 렌즈(11)는 볼록면과 평탄면을 갖는다. 평탄면은 투명층(2)과 마주보며, 렌즈와 층 사이에 갭을 형성한다. 도면에서는 대물렌즈(10)를 한 개의 렌즈 부재로 나타내었지만, 대물렌즈는 그 이상의 부재를 포함할 수 있으며, 투과 또는 반사시에 동작하는 홀로그램, 방사빔을 지닌 도파관으로부터 방사선을 결합시키는 격자를 포함할 수도 있다. 정보층(3)에 의해 반사된 수렴하는 빔(15)의 방사선은 반사된 빔(17)을 형성하며, 이 반사된 빔은 순방향의 수렴 빔(14)의 광경로 상으로 복귀한다. 대물렌즈(10)와 시준렌즈(9)는 반사된 빔(17)을 수렴하는 반사된 빔(18)으로 변환하며, 빔 스플리터(8)는 반사된 빔(18)의 적어도 일부분을 도며s에 한 개의 구성요소(19)로 총괄적으로 나타낸 검출계를 향해 투과시킴으로써 순방향 빔 및 반사된 빔을 분리시킨다. 검출계는 방사선을 포착하여 그것을 전기 신호로 변환한다. 이들 신호 중에서 한 개는 정보신호(20)인데, 이것의 값은 정보층(3)으로부터 판독된 정보를 나타낸다. 또 다른 신호는 초점 오차신호(21)로서, 이것의 값은 스폿(160과 정보층(3) 사이의 축방향 높이 차를 나타낸다. 초점 오차신호는 대물렌즈(10) 및/또는 평볼록 렌즈(11)의 축방향 위치를 제어하는 초점 서보 제어기(22)에 대한 입력으로 사용됨으로써, 스폿(16)의 축방향 위치가 정보층(3)의 평면과 거의 일치하도록 이 위치를 제어한다. 1개 또는 그 이상의 방사선에 감도를 갖는 검출소자와 검출소자의 출력신호를 처리하는 전자회로를 포함하고, 오차를 발생하기 위해 사용되는 검출계의 부분은 초점오차 검출계로 불린다. 렌즈계의 위치를 지정하는 초점 서보계는, 초점오차 검출계, 초점 서보 제어기 및 렌즈계를 움직이는 액추에이터를 구비한다.
렌즈(10)의 액추에이터는, 정보층(3) 상에 스폿을 유지하기 위해 초점 오차신호(21)에 의해 제어된다. 방사빔이 층의 설계 두께보다 두꺼운 투명층을 통해 초점이 맞추어져야만 할 때 발생하는 구면수차는, 대물렌즈(10)와 평볼록 렌즈(11) 사이의 거리의 변환만큼 보상된다. 2개의 렌즈 사이의 거리는, 방사빔에 있는 투명층에 의해 발생된 구면수차의 공칭값으로부터의 편차를 나타내는 신호에 의해 제어된다.
도 2는 대물렌즈(10)와 평볼록 렌즈(11)의 확대도를 나타낸 것이다. 대물렌즈(10)는 단 비구면 평볼록 렌즈이거나 쌍 비구면 렌즈일 수 있다. 대물렌즈(10)는, 공칭 두께를 갖는 평볼록 렌즈(11)와 투명 렌즈(2)에 의해 도입된 구면수차를 보정하기 위해 공지된 방식으로 설계됨으로써, 스폿(16) 근처의 방사빔이 명목상으로 거의 구면수차가 없도록 만든다.
스폿(16)이 정보층(3) 상에 적절히 놓이고, 방사원(6)으로부터 검출계(19)로의 광경로 내부로 어떠한 광학수차도 도입되지 않으면, 반사된 빔(18)의 파면은 구형이 되고, 빔(18)의 수차가 발생한다. 빔의 광속이 그것의 파면에 대해 수직한 방향으로 움직이기 때문에, 수차가 발생되지 않은 빔의 광속은 가우시언 초점을 향해 움직이는데, 적절히 초점이 맞추어진 빔(15)의 경우에, 이것은 광축 상에 놓인 스폿(16)의 상에 해당한다. 구형으로부터의 파면의 벗어남은 광속이 수차가 발생되지 않은 빔의 경로로부터 벗어나게 하고, 이들 광속이 가우시언 초점을 향하지 않도록 움직여, 수차가 발생되지 않은 빔의 강도 분포와 다른 빔(18)의 공간 강도 분포의 변화를 일으킨다. 강도 분포의 변화는 빔(18) 내부에 존재하는 광학수차의 형태에 의존할 뿐만 아니라, 가우시언 초점으로부터의 거리에도 의존한다. 원리상, 광축에 수직한 평면에서 수차가 발생된 빔(18)과 수차가 발생되지 않은 빔의 강도 분포를 아는 것은 빔의 광학수차를 결정하는데 충분하다. 그러나, 수차가 발생되지 않은 빔의 강도 분포에 대한 지식을 일반적으로 사용할 수 없다. 가우시언 초점 앞의 평면과 가우시언 초점 뒤의 평면에서의 강도 분포의 측정은 빔(18)의 광학수차를 결정하기 위한 충분한 정보를 제공한다는 것이 판명되었다. 이것은, 광속의 어긋난 경로의 효과가 광축을 따른 서로 다른 위치에 있는 평면에서 서로 다르고, 각각의 평면에 있는 대응하는 위치에서의 강도의 비교가 수차가 발생되지 않은 빔의 실제 강도 분포에 영향을 받지 않는 결과를 제공할 수 있다는 사실에 기인한다.
가우시언 초점으로부터의 양 평면의 거리가 동일하면, 수차의 값의 결정이 간단해진다. 각각의 검출계의 평면과 가우시언 초점 사이의 거리는, 빔(18)의 레이레이(Raleigh) 길이보다 큰 것이 바람직하다. 레이레이 길이 Rl은, 제르나이크(Zernite) 다항식 R2 0의 항으로의 파장, 즉 225 mλ의 초점 흐려짐에 해당하는 가우시언 초점으로부터의 거리에 해당한다. 특정한 평면에 대한 초점 흐려짐의 값이 A20과 동일하면, 가우시언 초점으로부터의 평면의 거리는 파면수차를 기술하기 위한 제르나이크 형식에 따른와 동일하다. 따라서, 레이레이 길이는가 되는데, 이때, λ는 방사선의 파장이고, NA는 빔(18)의 개구수이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 검출계(19)와 2개의 검출계에 걸친 반사된 빔(18)의 분할의 일 실시예를 나타낸 것이다. 빔(18) 내부의 파면수차를 결정하기 위해, 한 개의 검출계는 가우시언 초점 앞에 배치되고 한 개의 검출계는 가우시언 초점 뒤에 배치된다. 빔(18)이 수차가 발생되지 않고 빔(15)이 적절히 정보층(3) 상에 초점이 맞추어지는 경우, 가우시언 초점의 위치는 스폿(16)의 상의 위치에 대응한다.
도 3a에 있어서, 반반사층(semi-reflecting layer)의 형태를 갖는 빔 스플리터(25)는 빔(18)을 2개의 서브빔 26 및 27로 분할한다. 검출계 29는 빔 26의 초점(29) 앞의 서브빔 26 내부에 배치된다. 검출계 30은 빔 27의 초점(31) 앞의 서브빔 27 내부에 배치된다. 초점 29 및 31은 렌즈(9, 10, 11)에 의해 형성된 기록매체 상의 스폿(16)의 상에 대응한다.
도 3b는 -1차, 0차 및 +1차 회절된 입사 빔(18)을 3개의 서브빔(33, 34, 35)으로 분할하는 홀로그램 광학부재(32)를 나타낸 것이다. 검출계 36 및 37은 서브빔 33 및 35의 경로 내부에 각각 배치된다. 한 개의 검출계를 서브빔의 초점 전후에 배치시키기 위해, 검출계는 홀로그램 부재(32)와 다른 위치에 배치될 수 있다. 이와 달리, 도면에 도시된 것과 같이, 홀로그램 부재(32)는 -1차 및 +1차 회절된 빔에 대해 광학 강도를 가질 수 있다. 이와 같은 경우에, 검출계 36과 37은 동일 평면에 배치될 수 있으며, 검출계 36과 서브빔 35가 검출계 37 뒤에 초점 39가 되기 전에 서브빔 33이 초점 38이 된다. 0차 서브빔 34는 초점 흐려짐과 트랙킹 오차를 검출하며 정보신호를 발생하는데 사용될 수 있다.
도 3c는 검출계 40과 41이 동일 평면에 배치될 수 있는 실시예를 나타낸 것이다. 광학 프리즘 부재(42)는 들어온 방사빔(18)을 2개의 서브빔 42 및 43으로 분할한다. 분할 평면 45로부터 2개의 검출계 43 및 44까지의 경로 길이의 차이는 서브빔 43이 검출계 40 뒤에 초점 흐려짐(46)이 되도록 하며, 서브빔 44가 검출계 41 앞에서 초점(47)이 되도록 한다.
도 4는 도 3a에 도시된 검출계(28)의 평면도를 나타낸 것이다. 검출계(30)는 동일한 배치를 갖는다. 검출계는 5개의 검출기, 즉 빔(18)의 광축에 배치된 검출기 51과, 광축의 양측에 유효 트랙 방향에 수직하게 배치된 2개의 검출기 52a 및 52b와, 광축의 양측에 유효 트랙 방향에 수직하게 배치된 2개의 검출기 53a 및 53b를 구비한다. 유효 트랙 방향은 검출계 상에 형성된 기록매체의 트랙의 상의 방향이다. 검출계 30의 검출기는 검출계 28의 검출기와 동일한 방식으로 번호가 부여된다. 검출계 30이 그것의 감광면이 빔(18)을 마주보고 검출계가 그것의 감광면 상의 법선 주위로 회전하지 않으면서 검출계 28의 아래에 유효하게 위치된 된 것으로 생각될 수 있다면, 이 위치에서 동일하게 번호가 부여된 검출기들이 유효하게 그것의 위에 존재하게 된다. 빔(18)이 2개의 검출계 사이에 있는 초점을 통과하기 때문에, 2개의 검출계 상의 대응하는 검출기들은 실제로 십자형으로 배치된다. 검출계 28과 30에 있는 검출기의 위치는 빔(18) 내부의 구면수차와 코마수차를 결정하도록 배치된다.
도 4에 도시된 것과 같은 검출기 배치를 갖는 도 3a에 도시된 검출계 28 및 30은 빔(18) 내부에 존재하는 구면수차의 양을 결정하는데 사용될 수 있다. 여기에서, 검출계 28과 30에 있는 대응하는 검출기의 출력신호의 차이 신호, 즉 중앙 검출기(51)의 출력신호 사이의 차이, 유효하게 십자형으로 배치된 검출계 28 내부의 검출기 52a와 검출계 30 내부의 검출기 52b의 차이 신호, 유효하게 십자형으로 배치된 검출계 28 내부의 검출기 53b와 검출계 30 내부의 검출기 53a가 형성된다. 구면수차의 양은 이들 차이 신호와 선형으로 관련된다. 검출계의 평면에 걸쳐 빔(18)의 강도 분포의 편차의 영향을 줄이기 위해, 차이 신호들은 다음과 같이 정규화되고 구면수차 신호 SA40으로 결합되는 것이 바람직하다:
이때, I1(x) 및 I2(x)는 검출계 28 및 30 내부의 검출기 x에 의해 측정된 강도를 각각 나타내는 신호이다. 검출기 52a와 52b, 그러나 이 경우에는 검출기 53a와 53b에 대한 항과 유사한 2개의 항이 검출기 52a와 52b에 대한 항을 대체하거나 상기한 식에 추가될 수 있다. 이때, 신호 SA40은 구면수차의 크기 뿐만 아니라 그것의 부호를 제공한다는 것이 명백하다.
기록매체가 광학계의 광축(13)에 대해 경사졌을 때, 기록매체(1)의 투명층(2)은 빔(15) 내부에 코마수차를 일으킨다. 빔이 투명층을 통해 반사되어 되돌아왔을 때, 코마수차가 상쇄된다. 그러나, 기록매체로부터 +1차 및 -1차 회절된 차수가 0차 차수와 중첩되는 방사된 빔의 영역에서는, 코마수차를 여전히 볼 수 있다. 유효 트랙 방향에 평행하거나 수직한 2개의 검출계의 검출기는 트랙 방향에 평행하거나 수직한 방향으로 기록매체의 경사에 기인한 코마수차를 나타내는 신호를 유도하는데 사용될 수 있다. 이때, 검출계 28 및 30 내부의 대응하는 출력신호의 차이신호, 즉 2개의 유효하게 위에 놓인 검출기 53a와 검출계 28 및 30에 있는 2개의 유효하게 위에 놓인 검출기 53b의 차이 신호 사이의 차이가 형성된다. 코마수차의 양은 제 1 차이신호에서 후자의 차이신호를 뺌 값과 관련된다. 검출계의 평면에 걸쳐 빔(18)의 강도 분포의 편차의 영향을 줄이기 위해, 차이 신호들은 다음과 같이 정규화되고 코마수차 신호 SA31로 결합되는 것이 바람직하다:
또한, 검출계 28 및 30의 배치는 빔(15)의 초점과 정보층(3) 사이의 거리의 초점 흐려짐의 결정을 할 수 있도록 한다. 초점 흐려짐 신호 SA20은 다음과 같이 결정될 수 있다:
검출계의 평면에 걸쳐 빔(18)의 강도 분포의 편차의 영향은 차이신호의 정규화에 의해 감소된다. 코마수차와 트랙 오차 이외에, 구면수차와 초점 흐려짐은 상기한 결정과정에서 간섭하기 때문에, 구면수차와 코마수차를 측정하기 위한 가장 간단한 방법은, 초점 흐려짐과 트랙오차가 각각 거의 제로값과 동일할 때, 측정을 하는 것이다. 이때, 초점 흐려짐과 트랙 오차는, 공지된 소위 비점수차 초점 방법과 푸시풀 방법과 같은 방법에 의해 별도로 측정되어야 한다.
도 5는 검출계의 또 다른 실시예를 갖는 주사장치를 나타낸 것이다. 방사원(60)은 시준렌즈(62)에 의해 집광된 방사빔(61)을 방출한다. 그후, 빔은 기록매체(68)의 투명층(67)을 거쳐 대물렌즈(66)에 의해 스폿(69)에 수렴되기 이전에, 빔 스플리터(63), 적응형 광학부재(64)와 1/4 파장판(64)을 통과한다. 1/4 파장판은 선편광된 입사 빔을 원편광된 빔으로 변환한다. 기록매체로부터 반사된 빔(72)은 편광 빔 스플리터(63)에 의해 빔(61)의 경로로부터 결합되며 렌즈(70)에 의해 프리즘 부재(71)에 수렴된다. 프리즘 부재는 빔을 2개의 서브빔, 즉 검출계 74 앞에 초점이 맞추어진 한 개의 서브빔과 검출계 73 뒤에 초점에 맞추어진 한 개의 서브빔으로 분할한다. 또한, 도면에는 검출계 74와 73이 평면도로 도시되어 있다. 각각의 검출계는 부재 73a, 73b 및 74a, 74b로 표시된 분할 중앙 검출기를 구비한다. 부재 73c, 73d 및 74c, 74d로 표시된 분할 환형 검출기가 중앙 검출기 둘레에 배치된다. 이들 검출기는 유효 트랙 방향을 따라 분할된다. 검출기의 배치는 구면수차를 결정하도록 구성된다. 또한, 이 배치는 초점 흐려짐과 트랙킹 오차의 결정을 허용한다.
구면수차를 나타내는 신호 SA40은 다음과 같이 유도될 수 있다:
이때, Ix는 검출기 x에 의해 측정된 강도를 나타내는 신호이다. 도 5는 가산기 76-79와 감산기 80-82에 의해, 정규화없이 SA40의 유도의 구현예를 나타낸다. 구면수차신호는 적응형 광학부재(64)를 제어하는데 사용되는데, 이 광학부재는 파면의 위상에 영향을 미치는 액정장치 또는 압전장치의 형태를 가질 수 있다. 또한, 적응형 광학부재는 변형가능한 거울일 수도 있다.
초점 흐려짐 또는 초점오차를 나타내는 신호 A20은 다음과 같이 유도될 수 있다:
초점 흐려짐을 결정하기 위해 중앙 검출기 73a, 73b, 74a 및 74b만을 사용함으로써, 구면수차의 존재에 비교적 영향을 받지 않는 초점 흐려짐 신호가 얻어진다. 도 5는 가산기 76 및 77과 감산기 80을 사용하여 정규화없이 SS20의 유도과정의 구현예를 나타낸다. 도 5에 도시된 실시예에 있어서, 초점 서보회로가 제로값에서 중앙 검출기로부터의 신호의 차이을 유지하기 때문에, 환형 검출기 73c, 73d, 74c 및 74d로부터의 신호의 차이는 구면수차 신호의 결정을 위해 충분하다. 초점 흐려짐 신호는 액추에이터(83)를 제어하는데 사용된다. 액추에이터는 대물렌즈(66)의 축방향 위치와 그것의 가로지르는 위치를 변화시킬 수 있다.
트랙킹 오차, 즉 스폿(16)의 중심과 정보층(3) 내부에 주사될 트랙의 중심선 사이의 편차를 나타내는 신호 STE는 다음과 같이 푸시풀 방법에 따라 유도될 수 있다:
도 5에 개략적으로 나타낸 것과 같이, 트랙킹 오차신호는 대물렌즈(66)의 횡단 위치를 제어하는데 사용된다. 도 5는 가산기 84-87 및 90과 감산기 88 및 89를 사용하여 정규화없이 STE의 유도과정의 구현예를 나타낸다. 주사장치가 작은 푸시풀 신호를 갖는 기록매체를 주사해야 하는 경우에는, 트랙킹 오차신호는 소위 DTD 방법에 따라 유도되는 것이 바람직하며, 각각의 중앙 및 환형 검출기는 도 5에 도시된 것과 같이 2개의 검출기로 분할되지 않고 4개의 4분할 검출기로 분할된다.
빔이 구면수차가 없으면, 중앙 검출기 73a와 73b 및 74a와 74b의 직경은 검출계 상에 입사된 빔에 의해 형성된 스폿의 직경의 35%와 거의 같은 것이 바람직하다. 환형 검출기 73c와 73d 및 74c와 74d의 내경 및 외경은 수차가 없는 입사빔의 스폿 직영의 55% 및 80%와 각각 거의 동일한 것이 바람직하다. 이들 치수는 최적의 구면수차 신호를 제공한다.
도 6은 도 3a, 도 3b 및 도 3c에 도시된 실시예에 사용될 수 있는 2개의 검출계 95 및 96을 나타낸 것이다. 각각의 검출계는 95a, 95b, 95c, 96a, 96b 및 96c로 나타낸 3개의 평행한 스트립 검출기를 구비한다. 원 97 및 98은 검출계의 평면에 있는 수차가 없는 빔의 단면을 나타낸 것이다. 활꼴 99는 기록매체의 트랙 구조에 의해 회절된 0차 빔과 -1차 및 +1차 빔 사이의 중첩 영역을 나타낸 것이다. 음영진 링(100)은 빔이 구면수차를 겪을 때 검출계 상의 강도 분포에 있어서 더 높은 강도의 영역에 해당한다. 원 101은 동일한 구면수차에 기인한 다른 검출기 상의 더 높은 강도를 갖는 대응하는 영역이다. 수차가 없는 빔의 크기에 대한 이들 영역의 크기는 광축 상의 광학계의 위치에 비교적 무관하다. 검출기의 배치는 구면수차, 초점 흐려짐과 트랙킹 오차를 결정하도록 구성된다. 반도체 레이저에 의해 방출된 방사선의 양이나 레이저의 온도가 변하면, 방출된 방사선의 파장도 변한다. 그 결과, 검출계에 입사된 빔이 홀로그램 또는 격자와 같은 회절부재에 의해 형성된 주사장치에 있어서는, 검출계 상의 스폿의 위치로 변한다. 도 6에 도시된 검출기의 분할선을 따른 강도분포의 변위가 검출기의 출력신호에 영향을 미치지 않기 때문에, 스트립 검출기 사이의 분할선이 회절부재의 격자 라인의 방향과 거의 수직하다면, 이들 검출계는 이와 같은 주사장치에 사용하는데 매우 적합하다.
구면수차를 나타내는 신호 SA40은 다음과 같이 유도될 수 있다:
이때, Ix는 검출기 x에 의해 측정된 강도를 나타내는 신호이다. 초점 흐려짐 신호 SA20은 다음과 같이 얻어질 수 있다:
트랙킹 오차 STE는 다음과 같이 유도될 수 있다:
검출기 신호의 조합은, 오차와 구면수차 신호가 검출기들 사이의 분할선에 수직한 방향으로의 방사빔의 변위에 비교적 영향을 받지 않게 한다.
스트립 검출기 95b 및 96b의 폭은 수차가 없는 빔의 단면의 직경의 35%와 동일한 것이 바람직한데, 즉 영역(100)의 폭과 거의 동일하다. 인접한 스트립 검출기 95a, 95c, 96a 및 96c의 폭은 단면의 직경의 35% 내지 100%일 수 있다. 인접하는 검출기의 폭이 단면의 35% 내지 80%인 경우에, 구면수차 신호의 증가가 얻어진다. 인접하는 검출기의 폭이 55% 내지 80%이어서 링(100)의 폭과 거의 같은 폭을 갖는 경우에, 구면수차 신호의 추가적인 증가가 얻어질 수 있다.
도 7은 검출계 상에 입사된 방사빔 내부에 도입된 구면수차의 양 A40의 함수로써의 정규화된 구면수차 신호 SA40을 나타낸 그래프이다. 방사빔의 파장은 650 nm이며, 각각의 검출계와 가우시언 초점 사이의 거리는 5λ 초점 흐려짐에 대응하는 760㎛이다. 기록매체에 입사된 빔의 개구수는 0.60이며, 검출계 상에 입사된 빔의 개구수는 0.11이다. 곡선 105는 도 5에 도시된 원형 검출계 73 및 74의 정규화된 응답을 나타낸다. 곡선 106은 검출계 95 및 96의 응답으로, 이때 검출기 95a, 95c, 96a 및 96c는 수차가 없는 빔의 단면의 반경의 55% 내지 80%의 폭을 갖는데, 즉 검출기 95a, 95c, 96a 및 96c의 중심과 중앙 검출기 95b 및 96b의 중심 사이의 거리가 반경의 67%와 거의 동일하다. 곡선 107은 곡선 106과 유사하지만, 폭은 35% 내지 80%인 반면에, 곡선 108의 검출계에서의 폭은 35% 내지 100%이다. 도면에서, 스트립 검출기의 폭을 좁히면 정규화된 응답이 증가한다는 것을 알 수 있다.
도 7에 있는 곡선 105는, 10λ 초점 흐려짐의 상호 거리에 있는 원형 검출계의 응답은 대략 1λ의 구면수차에 대해 최대값에 도달한다는 것을 나타낸다. 따라서, 검출계는 1λ까지의 구면수차를 측정할 수 있다. 일반적으로, 구면수차의 양은 2개의 검출계 사이의 거리에 따라 선형적으로 증가한다. 구면수차에 대한 측정 범위가 -A 내지 +A인 경우에, 2개의 검출계 사이의 거리는 10A 초점 흐려짐과 동일한 것이 바람직한데, 이 값은 도 5에 도시된 링 형태의 검출계에 특히 적합하다. 이 거리는 더욱 바람직하게는 5A 초점 흐려짐인데, 이것은 도 6에 도시된 스트립 검출기를 갖는 검출계에 특히 적합하다.
기록매체 상에 저장된 정보를 나타내는 정보신호는 이 두가지 검출계의 분리된 검출기의 출력신호의 합으로부터 유도될 수 있다. 주사장치의 특정한 실시예에 있어서, 정보신호는 두가지 검출계의 중앙 검출기의 출력신호의 합에 해당한다. 반사된 빔으로부터 분할된 제 3 서브빔을 포함하는 주사장치는 이 제 3 빔을 정보신호를 발생하는데 사용할 수 있다. 검출계 28, 30, 36, 37, 40, 41 중에서 임의의 검출계의 배치는 검출계 28, 73 또는 97의 배치와 유사할 수 있다는 것은 본 발명이 속한 기술분야의 당업자에게 있어서 자명하다.

Claims (14)

  1. 정보층을 포함하는 광 기록매체를 주사하며, 제 1 방사빔을 정보층 상의 스폿으로 수렴시키는 대물렌즈를 구비한 광학 주사장치에 있어서, 기록매체로부터 제 2 방사빔을 수신하며 스폿의 상의 전후에 각각 배치된 제 1 및 제 2 검출계를 구비하고, 이들 검출계는 입사 방사선의 강도 프로파일을 결정하도록 구성되며, 상기 주사장치는 제 2 방사빔의 파면수차를 나타내는 전기신호를 형성하기 위해 제 1 및 제 2 검출기의 전기 출력에 접속된 전자회로를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    제 1 검출계와 스폿의 상 사이의 거리는 스폿의 상과 제 2 검출계 사이의 거리와 동일한 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    제 1 또는 제 2 검출계와 스폿의 상 사이의 거리는 제 2 방사빔의 레이레이 길이보다 큰 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    제 1 및 제 2 검출계 각각은 복수의 검출기를 구비하고, 제 1 및 제 2 검출계의 대응하는 복수의 검출기의 검출기 신호 사이의 차이신호를 형성하기 위한 전자회로가 배치된 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    복수의 검출기 각각은 결정하려는 파면수차에 대응하는 적절한 검출계 내부의 위치를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    각각의 검출계는 제 2 방사빔의 광축 상에 배치된 검출기는 광축으로부터 제거된 위치에 배치된 검출기를 구비한 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    제 1 및 제 2 검출계 각각은 제 2 빔의 광축에 중심을 둔 중앙 검출기와 그것의 주위에 배치된 환형 검출기를 구비한 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    중앙 검출기와 환형 검출기는 각각 2개의 서브 검출기로 분할된 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    각각의 검출계는 중앙 스트립 검출기와 2개의 인접하는 스트립 검출기를 구비한 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    중앙 검출기는 제 2 빔의 광축 상에 배치된 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    중앙 검출기의 폭은 중앙 검출기의 축방향 위치에 있는 수차가 없는 제 2 빔의 직경의 0.35배와 동일한 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  12. 제 9항에 있어서,
    인접한 스트립 검출기의 중심과 광축 사이의 거리는 중앙 검출기의 축방향 위치에 있는 수차가 없는 제 2 빔의 반경의 0.67배와 동일한 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  13. 제 9항에 있어서,
    인접한 스트립 검출기의 폭은 중앙 검출기의 축방향 위치에 있는 수차가 없는 제 2 빔의 반경의 0.25배와 동일한 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    -A 내지 +A의 구면수차에 대한 측정범위를 갖고, 제 1 및 제 2 검출계 사이의 거리가 제 2 방사빔의 제르나이크 항에 있어서 10A 초점 흐려짐과 동일한 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
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