KR20030005344A - 광 디스크 - Google Patents

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KR20030005344A
KR20030005344A KR1020027015264A KR20027015264A KR20030005344A KR 20030005344 A KR20030005344 A KR 20030005344A KR 1020027015264 A KR1020027015264 A KR 1020027015264A KR 20027015264 A KR20027015264 A KR 20027015264A KR 20030005344 A KR20030005344 A KR 20030005344A
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야마사키타케시
야마모토켄지
카시와기토시유키
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

기판 상에 기록층과 광 투과층이 순차 적층되어 이루어지며, 광 투과층을 통해 기록층에 광 빔이 조사됨으로써 정보 기록 및/또는 재생이 행하여지는 광 디스크이다. 이 광 디스크에 설치되는 광 투과층을, 서로 굴절율이 다른 재료층을 2층 이상 적층한 적층체에 의해 구성하며, 정보 기록 및/또는 재생에 사용되는 광 빔을 집광하는 대물렌즈에 의한 구면 수차가 최소값 근방이 되도록 설정되어 있다.

Description

광 디스크{Optical disk}
종래, 기판 상에 정보 신호가 기록되는 기록층이나 반사층 등을 적층한 적층막을 형성하고, 기록층에 광 빔을 조사함으로써 정보 신호 기록이 행하여지며, 기록층에 기록된 정보 신호 재생이 행하여지는 광 디스크가 사용되고 있다. 이 종류의 광 디스크는, 가능한 한 많은 정보를 기록 가능하도록, 기록 밀도의 고밀도화가 요망되어, 고밀도화를 도모하기 위한 기술이 여러 가지 제안되고 있다.
광 디스크에 있어서의 기록 밀도의 고밀도화, 즉 대용량화는, 주로 기록 재생 장치에 있어서, 정보 신호의 기록 재생에 사용하는 광 빔의 파장을 단파장화하는 것이나, 광원으로부터 출사된 광 빔을 광 디스크의 신호 기록층에 집광시키는 대물렌즈의 개구수(NA)의 높은 개구수를 도모함에 따라 초점면에서의 빔 스폿을 작게 함으로써 달성되고 있다.
예를 들면, 광 디스크의 일종인 소위 CD(Compact Disc)에 있어서는, 정보 신호의 판독에 사용하는 광 빔의 파장을 780nm로 함과 동시에 대물렌즈의 개구수(NA)를 0.45로 함에 따라 기록 용량을 650MB로 하고 있다. 또한, DVD-ROM(Digital Versatile Disc Read 0nly Memory)에 있어서는, 정보 신호의 기록 또는 재생에 사용하는 광 빔의 파장을 650nm으로 함과 동시에 대물렌즈의 개구수(NA)를 0.6으로 함에 따라, 기록 용량을 4.7GB까지 크게 하는 것을 가능하게 하고 있다.
본원 출원인은, 광 빔의 단파장화를 도모하여, 광 빔을 광 디스크에 집광시키는 대물렌즈의 개구수(NA)의 높은 개구수화를 도모함에 따라 고밀도 기록을 가능하게 하는 광 디스크로서, 기록층 상에 얇은 커버층으로서의 광 투과층을 설치하여, 이 광 투과층 측으로부터 광 빔을 조사함으로써 정보 신호의 기록이나 재생을 행하는 광 디스크를 제안하고 있다. 이 광 디스크는, 정보 신호의 기록 재생에 사용하는 광 빔으로서 450nm 미만의 파장의 광 빔을 사용하여, 대물렌즈로서 개구수(NA)를 0.78보다 크게 한 것을 사용함으로써 22GB 이상의 대용량을 실현하고 있다.
광 빔을 사용하여 정보 신호의 기록 재생이 행하여지는 광 디스크를 기록 매체에 사용할 경우에, 광 디스크에 광 빔을 집광할 때에 가능하면 구면 수차가 생기지 않도록 대물렌즈나 광 디스크의 광학 설계가 이루어지고 있다.
구체적으로는, 광 디스크에 조사되는 광 빔을 집광하는 대물렌즈에 대응하여, 광 디스크의 광 투과층의 굴절율이나 그 두께가 최적화되며, 이것에 의해 광 디스크에 광 빔을 집광할 때에 발생하는 구면 수차를 극히 적게 하도록 하고 있다.즉, 대물렌즈에 의해 발생하는 구면 수차가 최소가 되도록, 광 투과층의 굴절율이나 두께가 설정되어 있다.
정보 신호의 기록 재생에 사용하는 광 빔의 단파장화를 도모하여, 개구수(NA)가 큰 대물렌즈를 사용하여, 기록층을 덮는 광 투과층 측으로부터 광 빔을 조사하여 기록 재생을 하는 고밀도화가 도모된 광 디스크에 있어서는, 대물렌즈의 개구수(NA)가 크기 때문에, 이 대물렌즈에 의해 발생하는 구면 수차를 최소로 하는 매질의 이상적인 굴절율(이하에서는 대물렌즈의 설계 굴절율이라 칭한다.)과 광 투과층의 굴절율에 어긋남이 있으면, 광 디스크의 신호 기록층 상에 집광되는 광 빔에 큰 구면 수차가 발생한다.
따라서, 대물렌즈의 설계 굴절율에 맞추어 광 투과층의 굴절율을 변경하는 것이 요구되지만, 광 투과층을 구성하는 재료 자체가 갖는 굴절율을 변경하는 것은 현저하게 곤란하다.
예를 들면, 광 투과층이 단일 재료로 구성되는 경우, 광 투과층을 구성하는 재료 자체의 굴절율에 의해 광 투과층 전체의 굴절율이 결정된다. 따라서, 대물렌즈의 설계에 맞는 설계 굴절율을 갖는 재료를 찾을 필요가 있어, 그다지 현실적이지는 않다. 가령 그러한 재료가 존재하였다고 하여도, 사용할 수 있는 재료의 선택이 크게 제약받게 되어, 예를 들면 기계적 강도 등의 다른 물성을 희생하지 않을 수 없게 된다. 반대로, 다른 물성 등을 우선하면, 굴절율이 맞지 않게 되어, 광 투과층의 막 두께 조정만으로는 구면 수차를 해소할 수 없게 될 우려가 있다.
본 발명은 광 투과층을 통해 정보 신호가 기록되고, 또한 기록된 정보 신호의 재생이 행하여지는 광 디스크에 관한 것이다.
도 1은 본 발명을 적용한 광 디스크를 도시하는 단면도.
도 2는 광 투과층의 두께를 100μm으로 하였을 때의, 굴절율과 구면 수차와의 관계를 도시하는 도면.
도 3은 광 투과층을 한 층으로 하였을 때의 재료층의 굴절율과 광 투과층의 두께를 도시하는 도면.
도 4는 폴리카보네이트 필름에 의해 형성된 층과, 감압성 점착재에 의해 형성된 층과의 두께의 관계를 도시하는 도면.
도 5는 폴리카보네이트 필름의 두께와 구면 수차와의 관계를 도시하는 도면.
본 발명의 목적은, 광 투과층 전체의 굴절율을 대물렌즈의 설계치에 용이하게 맞추는 것이 가능하여, 구면 수차를 대폭 저감하는 것이 가능한 광 디스크를 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관련되는 광 디스크는, 기판 상에 적어도 기록층과 광 투과층이 순차 적층되어 이루어지며, 광 투과층을 통해 기록층에 광이 조사됨으로써 정보 기록 및/또는 재생이 행하여지는 광 디스크에 있어서, 광 투과층은, 서로 굴절율이 다른 재료층이 2층 이상 적층된 적층체에 의해 구성되며, 정보 기록 및/또는 재생에 사용되는 광 빔을 집광하는 대물렌즈에 의한 구면 수차가 최소값 근방이 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
이상과 같이 구성된 본 발명에 관련되는 광 디스크는, 그 광 투과층이, 서로 굴절율이 다른 재료층이 2층 이상 적층된 적층체에 의해 구성되어 있다. 이 때, 광 투과층 전체의 굴절율은, 각각의 재료층을 형성하고 있는 재료의 굴절율 조합에 의해 설정되기 때문에, 본 발명에 관련되는 광 디스크는, 예를 들면, 적절한 재료를 선택하는 것이나 막 두께의 비율을 조정함으로써, 광 투과층의 굴절율을 대물렌즈의 광학 설계에 대응하여 구면 수차가 최소가 되는 굴절율(대물렌즈의 설계 굴절율) 근방에 설정할 수 있어, 구면 수차를 저감하는 것이 가능해진다.
따라서, 각 재료층을 구성하는 재료 선택의 폭이 넓어져, 예를 들면 여러 가지 물성을 희생 할 필요가 없다.
본 발명의 또 다른 목적, 본 발명에 의해 얻어지는 구체적인 이점은, 이하에있어서 도면을 참조하여 설명되는 실시예의 설명으로 한층 더 분명해질 것이다.
이하, 본 발명에 관련되는 광 디스크에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 관련되는 광 디스크(1)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 기판(2) 상에 반사층(3)과, 기록층(4)과, 광 투과층(5)이 순차 적층된 구성으로 되어 있으며, 광 투과층(5)을 통해 기록층(4)에 광이 조사되어, 정보 신호의 기록 재생이 행하여진다.
기판(2)은, 예를 들면, 폴리카보네이트 수지, 어몰퍼스폴리올레핀 수지 등의수지에 의해 형성되어 있다. 기판(2)으로서는, 0.3mm 이상의 두께를 갖는 것이 사용된다.
반사층(3)은 반사율의 확보를 목적으로 기록층(4)의 뒷편에 설치되는 것으로, 예를 들면 Al이나 Al 합금 등에 의해 형성되어 있다.
기록층(4)은 정보 신호가 기록되는 층으로, 여기서는 상 변화 재료의 반사율 변화를 이용하여 정보 신호가 기록된다. 또한, 기록층(4)을 구성하는 상 변화 재료로서는 임의의 것을 사용하는 것이 가능하며, 예시하면, Ge-Sb-Te, Ag-In-Sb-Te 등을 들 수 있다. 또한, 기록층(4)은 반드시 상 변화 재료일 필요는 없으며, 유기 색소계의 기록 재료나 광 자기 재료 등을 사용할 수도 있다.
광 투과층(5)은 반사층(3) 및 기록층(4)을 보호하는 것으로, 기록, 재생 시에는 기록 재생 장치로부터의 광 빔이 이 광 투과층(5) 측에서 조사되어, 이 광 투과층(5)이 투과하여 기록층(4)에 대하여 초점이 맞춰진다. 광 투과층(5)은 제 1 재료층(6)과 제 2 재료층(7)이 적층된 2층 구조로 되어 있다. 즉, 광 투과층(5)은 제 1 재료층(6)과 제 2 재료층(7)이 다른 굴절율을 갖는 재료에 의해 형성되고, 2개의 재료층에서의 굴절율 조합에 의해, 광 투과층(5) 전체의 굴절율이 설정되어 있다. 이 때, 광 투과층(5) 전체의 굴절율은, 이하에 서술하는 바와 같이, 구면 수차가 최소가 되는 굴절율 근방에 설정되어 있다.
예를 들면, 기록 재생 장치에 구비된 대물렌즈 설계에 대응하여, 구면 수차가 최소가 되도록 최적화된 광 투과층의 굴절율을 설계 굴절율로 한다.
여기서, 본 발명에 관련되는 광 디스크는, 광 투과층(5)이 2층 구조로 되어있기 때문에, 광 투과층(5)을 구성하는 재료층 중, 예를 들면 제 1 재료층(6) 또는 제 2 재료층(7) 중 어느 한쪽을 설계 굴절율보다도 높은 굴절율을 갖는 재료(고굴절율 재료)에 의해 형성하고, 다른쪽을 설계 굴절율보다도 낮은 굴절율을 갖는 재료(저굴절율 재료)에 의해 형성한다. 그렇게 하면, 광 투과층(5) 전체의 굴절율은, 상기 제 1 재료층(6)의 굴절율과 제 2 재료층(7)의 굴절율과의 중간 값이 되며, 더욱이 각 재료층의 굴절율이나 막 두께를 최적화함으로써, 설계 굴절율 근방에 설정하는 것이 가능해진다.
여기서, 설계 굴절율, 고굴절 재료 및 저굴절 재료에 대해서 설명하면, 도 2에 도시하는 바와 같이, 광 투과층(5)의 굴절율을 변화시켜, 그 때의 구면 수차를 측정하면, 구면 수차가 최소가 되는 굴절율(여기서는 1.6)이 존재하지만, 이것을 설계 굴절율이라 칭한다.
이 때, 도 2 중 A의 영역에서 도시되는 바와 같은 설계 굴절율보다도 높은 굴절율을 갖는 재료를 고굴절 재료라 칭하고, 도 2 중 B의 영역에서 도시되는 바와 같은 설계 굴절율보다도 낮은 굴절율을 갖는 재료를 저굴절 재료라 칭한다.
상술한 바와 같이, 광 투과층(5)은 다른 굴절율을 갖는 재료에 의해 형성된 제 1 재료층(6)과 제 2 재료층(7)의 2층 구조로 되어, 각각의 재료층의 굴절율이 조합됨으로써 전체 굴절율이 설정된다. 그리고, 광 투과층(5) 전체의 굴절율은, 구면 수차가 최소가 되는 굴절율 근방에 설정되어 있다. 이로써, 광 디스크(1)는, 광 투과층(5)의 굴절율을 구면 수차가 최소가 되는 굴절율 근방에 설정할 수 있어, 광 투과층(5)의 굴절율을 기록 재생 장치에 구비된 렌즈의 설계치에 맞추는 것이가능해지기 때문에, 광 투과층(5)을 개재시켜 조사한 광의 구면 수차가 작은 것이 된다.
본 발명에 관련되는 광 디스크(1)는, 제 1 재료층(6)을 저굴절 재료에 의해 형성하고, 제 2 재료층(7)을 고굴절 재료에 의해 형성하였다. 이 저굴절 재료의 예로서는, UV 레진 및 감압성 점착제 등을 들 수 있으며, 고굴절 재료의 예로서는, 폴리카보네이트 필름 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명에 관련되는 광 디스크(1)는, 제 1 재료층(6)의 두께와 제 2 재료층(7)의 두께를 각각 조절하여, 이들 재료층의 막 두께의 비율을 최적화함으로써, 구면 수차를 더욱 저감하는 것이 가능해진다. 즉, 본 발명에 관련되는 광 디스크(1)에 있어서, 광 투과층(5)의 구면 수차를 최소로 하기 위해서는, 제 1 재료층(6)과 제 2 재료층(7) 각각의 두께를 조절하여, 최적 두께로 하는 것이 바람직하다.
이하에서는, 제 1 재료층(6)과 제 2 재료층(7)의 최적 두께에 대해서, 구체예를 기초로 하여 설명한다.
여기서는, 광 투과층(5)의 두께가 100μm로 되어 있으며, 전체 굴절율이 1.60이 되도록 되어 있음과 동시에, 제 1 재료층(6)이 감압성 점착제(상품명 DVD-8310; 닛토우 전자공업사 제작, 굴절율 1.482)에 의해 형성되어 있으며, 제 2 재료층(7)이 폴리카보네이트 필름(상품명 C-1400; 테이진사 제작, 굴절율 1.615)에 의해 형성되어 있는 광 디스크(1)에 있어서, 제 1 재료층(6)과 제 2 재료층(7)의 최적 두께에 대해서 검토하였다. 또한, 기록 재생 장치에 구비된 렌즈의 NA는 0.85로되어 있다.
우선, 광 투과층을 한 층으로 한 광 디스크에 있어서, 광 투과층의 굴절율과 광 투과층의 두께와의 관계에 대해서, 광학 설계 평가 프로그램(CODE V; 미국 Optical Research Associate)에 의해 계산을 하였다.
기준이 되는 굴절율이 1.6이고 또한 광 투과층(5)의 두께가 100μm에서 구면 수차가 제로가 되는 경우, 도 3에 도시하는 바와 같이, 광 투과층(5)의 굴절율이 변하면 구면 수차를 최소로 하는 광 투과층(5)의 두께는 100μm가 아니게 된다. 그 구면 수차의 최소값도 도 2에 도시하는 바와 같이 제로로는 되지 않고, 설계 굴절율과의 차이가 클수록 발생하는 구면 수차는 커진다. 또한, 도 3에 있어서는, 가로 축이 굴절율, 세로 축이 구면 수차를 최소로 하는 광 투과층의 두께이며, 도 2에 있어서는, 가로 축이 굴절율, 세로 축이 구면 수차의 최소값이다.
다음으로, 제 1 재료층(6)과 제 2 재료층(7)에 의해 2층 구조로 되어 있는 광 투과층(5)에 있어서, 제 2 재료층(7)의 두께를 바꾼 경우에, 구면 수차가 최소가 되는 제 1 재료층(6)의 두께가 어떻게 되는지, 마찬가지로 광학 설계 프로그램을 사용하여 계산하였다. 기준이 되는 굴절율(설계 굴절율)은 1.6으로, 이 때의 광 투과층(5)의 최적 막 두께를 1OOμm으로 하였다.
굴절율이 1.615인 폴리카보네이트 필름에 의해 형성된 제 2 재료층(7)을 50μm에서 100μm까지 변화시켰을 때, 광 투과층(5) 전체의 막 두께를 100μm으로 설계하기 위해서는, 굴절율이 1.482인 감압성 접착제로 형성된 제 1 재료층(6)의 두께는 도 4와 같이 변화시키면 되게 된다. 또한, 도 4에 있어서는, 가로 축이 폴리카보네이트 필름(제 2 재료층(7))의 두께, 세로 축이 감압성 점착제(제 1 재료층(6))의 두께를 나타내고 있다.
이 때의 구면 수차 발생량을 도 5에 도시한다.
그 결과, 폴리카보네이트 필름에 의해 형성된 제 2 재료층(7)의 두께를 90μm, 감압성 점착제에 의해 형성된 제 1 재료층(6)의 두께를 10μm으로 하였을 때에, 광 투과층(5)에 있어서의 구면 수차가 제로가 되는 것이 판명되었다. 또한, 도 5에 있어서, 가로 축은 폴리카보네이트 필름(제 2 재료층(7))의 두께를 나타내고 있으며, 세로 축은 구면 수차를 나타내고 있다.
즉, 굴절율이 1.6보다 큰 고굴절율 재료에 의해 형성된 제 2 재료층(7)의 두께를 변화시켰을 때, 굴절율이 1.6 미만인 저굴절율 재료에 의해 형성된 제 1 재료층(6)을 조합함으로써, 구면 수차 발생을 현저하게 작게 하는 것이 가능하다. 그리고, 제 1 재료층(6)과 제 2 재료층(7) 각각의 두께를 조정함으로써, 구면 수차 발생을 제로로 하는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관련되는 디스크(1)는 광 투과층(5)이 다른 굴절율을 갖는 재료에 의해 형성된 제 1 재료층(6)과 제 2 재료층(7)의 2층 구조로 되어, 각각의 재료층의 굴절율이 조합됨으로써 전체 굴절율이 설정된다. 광 투과층(5) 전체의 굴절율은, 구면 수차가 최소가 되는 굴절율 근방에 설정되어 있다. 이로써, 광 디스크(1)는, 광 투과층(5)의 굴절율을 구면 수차가 최소가 되는 굴절율 근방에 설정할 수 있으며, 광 투과층(5)의 굴절율을 기록 재생 장치에 구비된 렌즈의 설계치에 맞추는 것이 가능해지기 때문에, 광 투과층(5)을 통해 조사한광의 구면 수차가 작은 것이 된다.
또한, 본 발명에 관련되는 광 디스크(1)는, 광 투과층(5)이 저굴절 재료와 고굴절 재료의 조합에 의해 전체 굴절율이 설정되어 있다. 즉, 광 투과층(5)은 다른 굴절율을 갖는 2종류의 재료를 조합함으로써 전체 굴절율이 설정되어 있기 때문에, 재료의 한정이 적어져 재료의 선택이 용이해진다.
더욱이, 본 발명에 관련되는 광 디스크(1)는 제 1 재료층(6)의 두께와 제 2 재료층(7) 두께와의 비율을 조정하여 최적인 것으로 함으로써, 광 투과층(5)을 통해 조사한 광의 구면 수차가 더욱 저감된 것이 된다. 이로써, 본 발명을 적용한 광 디스크(1)는 광 투과층(5)의 두께가 어긋났을 때에도, 충분한 구면 수차의 저감 효과를 얻을 수 있다.
상술한 본 실시예에서는, 광 투과층의 구성을 굴절율이 다른 재료층을 2층 적층함으로써 형성된 2층 구조로 하였지만, 광 투과층은 굴절율이 다른 재료층을 3층 이상 적층함으로써 형성된 다층 구조로 하여도 된다. 이 때에도, 저굴절 재료와 고굴절 재료를 조합시켜 각 재료층을 형성함으로써, 광 투과층의 구면 수차를 저감할 수 있다. 광 투과층이 3층 이상을 적층한 구조로 되었을 때에도, 각 층의 막 두께를 조정함으로써, 광 투과층 전체의 구면 수차를 최소로 하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시예에서는, 상 변화 재료에 의한 기록층(4)이 형성되어 있는 광 디스크(1)에 대해서 설명하였지만, 본 발명을 상 변화 재료에 의한 기록층이 형성되어 있지 않은 광 디스크, 즉, 기판 상에 직접 반사층이 형성되어 있는 광 디스크에 적용하는 것도 가능하다.
본 발명에 관련되는 광 디스크는, 광 투과층이 서로 굴절율이 다른 재료층이 2층 이상 적층된 다층 구조로 되어, 각 재료층의 굴절율이 조합됨으로써 광 투과층 전체의 굴절율이 설정되어 있다. 광 투과층 전체의 굴절율은, 구면 수차가 최소가 되는 굴절율 근방에 설정되어 있다. 이로써, 본 발명에 관련되는 광 디스크는, 광 투과층의 굴절율을 구면 수차가 최소가 되는 굴절율 근방에 설정할 수 있다. 즉, 본 발명에 관련되는 광 디스크는 광 투과층의 굴절율을 기록 재생 장치에 구비된 렌즈의 설계치에 맞추는 것이 가능해지기 때문에, 광 투과층을 통해 조사한 광의 구면 수차가 작은 것이 된다.
또한, 본 발명에 관련되는 광 디스크는, 광 투과층이 저굴절 재료와 고굴절 재료의 조합에 의해 전체 굴절율이 설정되어 있다. 즉, 다른 굴절율을 갖는 2종류의 재료를 조합함으로써 광 투과층 전체의 굴절율이 설정되어 있기 때문에, 본 발명에 관련되는 광 디스크의 광 투과층은 재료의 한정이 적어져 재료 선택이 용이한 것이 된다.

Claims (4)

  1. 기판 상에 적어도 기록층과 광 투과층이 순차 적층되어 이루어지며, 광 투과층을 통해 상기 기록층에 광 빔이 조사됨으로써 정보 기록 및/또는 재생이 행하여지는 광 디스크에 있어서,
    상기 광 투과층은, 서로 굴절율이 다른 재료층이 2층 이상 적층된 적층체에 의해 구성되며, 상기 기록 및/또는 재생에 사용되는 광 빔을 집광하는 대물렌즈에 의한 구면 수차가 최소값 근방이 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 광 디스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 투과층을 구성하는 재료층 중, 적어도 1층이 상기 대물렌즈에 대응한 설계 굴절율보다도 높은 굴절율을 가짐과 동시에, 적어도 1층이 해당 설계 굴절율보다도 낮은 굴절율을 가지며,
    이들을 조합함으로써 대물렌즈에 의한 구면 수차가 최소값 근방이 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 광 디스크.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광 투과층을 구성하는 재료층 중, 상기 대물렌즈에 대응한 설계 굴절율보다도 높은 굴절율을 갖는 1층이, 광의 조사측에 설치된 것을 특징으로 하는, 광디스크.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 각 재료층의 막 두께를 조절함으로써, 광 투과층 전체의 구면 수차가 최소값 근방이 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 광 디스크.
KR1020027015264A 2001-03-14 2002-03-14 광 디스크 KR20030005344A (ko)

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