KR20030023761A - 광학 주사장치 - Google Patents

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KR20030023761A
KR20030023761A KR10-2003-7002432A KR20037002432A KR20030023761A KR 20030023761 A KR20030023761 A KR 20030023761A KR 20037002432 A KR20037002432 A KR 20037002432A KR 20030023761 A KR20030023761 A KR 20030023761A
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radiation beam
optical
radiation
objective lens
numerical aperture
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KR10-2003-7002432A
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베르나르두스에이치.더블유. 헨드릭스
요하네스제이.에이치.비. 슐라이펜
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

광학 주사장치는, 제 1 방사빔(27)에 의해 제 1 광 기록매체(21)의 제 1 정보층(23)과, 제 2 방사빔(49)에 의해 제 2 광 기록매체(45)의 제 2 정보층(47)을 주사하는데 적합하다. 이 장치는, 방사원(26)과 렌즈계(24)를 구비한다. 이 방사원(26)은, 제 1 및 제 2 방사빔을 공급한다. 상기 렌즈계는, 하나의 광축(33)을 갖고, 이 빔을 제 1 개구수(NA1)를 갖는 제 1 포커싱된 방사빔(35)으로 변환하여 상기 제 1 정보층의 위치에 제 1 스폿(36)을 형성하는 상기 제 1 방사빔용 반사굴절계와, 이 빔을 상기 제 1 개구수와 서로 다른 제 2 개구수(NA2)를 갖는 제 2 포커싱된 방사빔(52)으로 변환하여 상기 제 2 정보층의 위치에 제 2 스폿(53)을 형성하는 상기 제 2 방사빔용 굴절계로서 동작한다.

Description

광학 주사장치{OPTICAL SCANNING DEVICE}
본 발명은, 제 1 방사빔에 의해 제 1 광 기록매체의 제 1 정보층과, 제 2 방사빔에 의해 제 2 광 기록매체의 제 2 정보층을 주사하고, 상기 제 1 및 제 2 방사빔을 공급하는 방사원과, 상기 제 1 방사빔을 제 1 개구수를 갖는 제 1 포커싱된 방사빔으로 변환하여 상기 제 1 정보층의 위치에 제 1 주사 스폿을 형성하고, 상기 제 2 방사빔을 상기 제 1 개구수와 서로 다른 제 2 개구수를 갖는 제 2 포커싱된 방사빔으로 변환하여 상기 제 2 정보층의 위치에 제 2 주사 스폿을 형성하고, 하나의 광축을 갖는 렌즈계를 구비한 광학 주사장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 제 1 방사빔을 제 1 개구수를 갖는 제 1 수속 방사빔으로 변환하고, 제 2 방사빔을 상기 제 1 개구수와 서로 다른 제 2 개구수를 갖는 제 2 방사빔으로 변환하며, 하나의 광축을 갖는 렌즈계에 관한 것이다.
"이러한 정보층 주사장치"란, 정보층으로부터 정보를 판독("판독모드"), 정보층에 정보를 기록("기록모드") 및/또는 상기 정보층으로부터 정보를 소거하기 위한 방사빔에 의한 주사를 말한다.
"정보밀도"란, 상기 정보층의 단위 영역 당 저장된 정보량을 말한다. 이 정보밀도는, 주사되는 정보층에 상기 주사장치에 의해 형성된 주사 스폿의 크기에 특히 의존한다. 상기 정보밀도는, 상기 주사 스폿의 크기를 감소시키면서 증가시켜도된다. 상기 스폿의 크기를 특히 상기 스폿을 형성하는 방사빔의 파장 λ 및 개구수 NA에 특히 의존하므로, 상기 주사 스폿의 크기는, NA는 증가시키고 λ는 감소시켜서 감소될 수 있다.
서두에서 개시된 것과 같은 광학 주사장치는, 유럽 특허출원번호 0,294,902에 공지되어 있다. 특히, 본 설명의 도 1을 참조하면, 광학 주사장치(1)는, 방사빔(5)의 개구수를 증가시키도록 구성되어, 광 기록매체(3)의 정보층(2)에서 크기가 감소된 주사 스폿(7)을 형성한다. 그래서, 상기 주사장치(1)의 광학계는, 광축 OO'를 갖고, 주사빔(5)을 공급하는 방사원(4)과, 상기 주사빔(5)을 정보층(11)의 주사 스폿(7)으로 변환하는 대물렌즈(6)를 구비한다. 이때의 대물렌즈(6)는, 상기 방사원(4)에 대향하는 입사면(6a)과, 상기 정보층(2)에 대향하는 출사면(6b)을 갖는다. 제 1 방사 윈도우(8)와 오목 반사기(9)는, 상기 입사면(6a)의 중심부와 주변부 각각에 배치되어 있다. 볼록 반사기(10)와 제 2 방사 윈도우(11)는, 상기 출사면(6b)의 중심부와 주변부 각각에 배치되어 있다. 대표적으로는, 방사빔(5)은, 주사시에, 제 1 방사 윈도우(8)를 거쳐 대물렌즈(6)에 입사하고, 이 대물렌즈(6)를 가로지른다. 그 후, 이것은, 오목 반사기(9)에서 반사되어 다시 상기 대물렌즈(6)를 가로지른다. 이것은, 제 2 방사 윈도우(11)를 거쳐 대물렌즈(6)로부터 나와서 상기 정보층(2)에 상기 스폿(7)을 형성한다.
이와 같은 종래 광학 주사장치에서 현재 직면하게 된 문제는, CD-포맷 디스크, DVD-포맷 디스크 및 DVR-포맷 디스크와 같은 서로 다른 포맷을 갖는 광 기록매체와의 호환성이 있다.
다음으로, "제 1 모드"란, 제 1 개구수 NA1을 갖는 상기 제 1 포커싱된 방사빔에 의해 상기 제 1 정보층을 주사하는 광학 주사장치의 동작모드를 말하고, 이때, 상기 제 1 개구수 NA1은, 제 1 정보밀도에 해당하는 제 1 형태(예: DVR-포맷 디스크)의 광 기록매체를 주사하는데 적합하다. 또한, "제 2 모드"란, 상기 제 1 개구수 NA1보다 작은 제 2 개구수 NA2를 갖는 제 2 포커싱된 방사빔에 의해 제 2 정보층을 주사하는 광학 주사장치의 동작모드를 말하고, 이때의 제 2 개구수 NA2는 제 1 정보밀도보다 작은 제 2 정보밀도에 해당하는 제 2 형태(예: DVD-포맷 디스크)의 광 기록매체를 주사하는데 적합하다. 즉, 상기 "제 1 모드"는 고정보밀도이고, "제 2 모드"는 저정보밀도이다. DVR-포맷일 경우에, 설명에 의해서만, 개구수 NA1은 대략 상기 "판독모드"와 상기 "기록모드"에 대해서 모두 0.85이고, DVD-포맷일 경우에, 개구수 NA2는, 상기 "판독모드"에 대해서는 0.60이고 상기 "기록모드"에 대해서는 0.65이다. 상기 "제 2 모드"와 "제 1 모드"에서 주사할 때 현재 직면하게 되는 문제는, 투명층의 두께가 일 포맷에서 다른 포맷으로 변화하기 때문에, 상기 주사 스폿이 정보층에 의해 포커스에 있도록, "자유 작동 거리"(즉, 주사하려고 하는 정보층과 상기 렌즈계 사이의 거리)를 조정할 필요가 있다는 것이다. 설명상, 투명층 두께는, DVR-포맷의 매체일 경우에는 0.1mm이고, DVD-포맷의 매체일 경우에는 0.6mm이다. 따라서, 서로 다른 포맷을 갖는 매체에 주사할 때, 그에 따른 자유작동거리는, 다음 식과 같이 변화한다:
여기서, "fwd"는 자유작동거리, "d"는 투명층 두께, "n"은 투명층의 굴절율 및 "K"는 (주사 스폿의 파장과 개구수의 값들에 관계없는) 일정한 파라미터이다. 상기 식(1)에 의하면, 상기 자유작동거리 fwd는, 두께 d가 증가하는 경우 감소하는 반면에, 상기 대물렌즈는 동일하게 되어 있고 동일한 공역 거리(즉, 물체와 렌즈 사이의 거리)에서 동작한다.
유럽특허출원번호 0,294,902를 참조하여 설명된 상기 장치를 서로 다른 포맷을 갖는 디스크를 주사하는데 적합하도록, 첫 번째 공지된 방법은 렌즈계를 액추에이터에 제공하는 구성으로 되어 있다.
이러한 액추에이터의 단점은, 상기 자유작동거리를 적절하게 조정하기 위해서 상기 렌즈계의 큰 변위 진폭을 제공해야 한다는 것이다. 이러한 액추에이터가 비교적 비싸기 때문에, 상기 장치의 제조비용은 증가된다.
또한, 상기 첫 번째 공지된 방법은, 낮은 값의 자유작동거리(즉, 일반적으로, 자유작동거리가 수백 마이크로미터 미만일 경우)를 조정하는데 적합하지 않다는 단점을 갖는다. 실제로, 예를 들면 DVD-포맷 디스크와 같은 일 포맷을 갖는 광 기록매체에 주사시의 변화는, 예를 들면 DVR-포맷 디스크와 같은 서로 다른 포맷을 갖는 또 다른 광 기록매체에 주사하는데 대해 상기 투명층의 두께에서 변화가 생긴다. 이러한 광 기록매체의 두께 변화는, 자유작동거리의 변화가 필요하여, 양 경우에서 정보층에 주사 스폿을 형성한다. 이 공지된 방법은, 이 변화가, DVR-포맷 디스크에 주사하는 경우처럼, 자유작동거리의 변화를 허용할 수 없다. 그래서, 이 공지된 방법은, 2개의 서로 다른 광 기록매체에 주사하는데(즉, 특히 자유작동거리를"제 1 모드"에서 동작하는 낮은 값에서 조정할 필요가 있는 경우에, "제 2 모드"와 "제 1 모드"에서 동작하는데) 적합한 광학 주사장치를 제조하는 문제를 해결하는데 만족시키지 못한다.
두 번째 공지된 방법으로는, PCT 출원 WO 00/38182에 개시되어 있는 것으로, 서두에 기재된 형태의 광학 주사장치는, 더블릿(doublet) 렌즈계를 구성하는 제 1 대물렌즈 및 제 2 대물렌즈를 구비한 렌즈계를 구비한다.
이러한 방법의 단점은, 상기 주사 스폿이 제 1 정보층에서 제 2 정보층으로 변화될 경우, 렌즈계의 위치는, 상기 정보층에 더욱 근접하도록 구성될 필요가 있어 상기 제 1 정보층에 주사 스폿을 위치 결정한다는 것이다. 그래서, 상기 대물렌즈와 평-볼록 렌즈 사이의 거리를 조정하여서 상기 주사 스폿을 상기 제 1 정보층이나 제 2 정보층에 포커싱하여도 된다.
본 발명의 목적은, "제 2 모드"와 "제 1 모드" 모두에서 동작하는데 적합하고, 상기 단점을 해결하는 서두에 기재된 형태의 광학 주사장치를 제공하는데 있다.
이 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 광학 주사장치의 렌즈계는, 이 빔을 제 1 개구수를 갖는 제 1 포커싱된 방사빔으로 변환하여 상기 제 1 정보층의 위치에 제 1 스폿을 형성하는 상기 제 1 방사빔용 반사굴절계와, 이 빔을 상기 제 1 개구수와 서로 다른 제 2 개구수를 갖는 제 2 포커싱된 방사빔으로 변환하여 상기 제 2 정보층의 위치에 제 2 스폿을 형성하는 상기 제 2 방사빔용 굴절계로서 동작한다.
반사굴절계와 굴절계로서 동작할 수 있는 렌즈계는, 예를 들면, 상기 장치가 "제 1 모드" 및 "제 2 모드"에서 각각 동작하는 경우에, 제 1 및 제 2 정보층의 위치에 각각 제 1 및 제 2 주사 스폿을 형성하는데 이점이 있다. 바꿔 말하면, 일 모드, 예를 들면 제 1 모드에서, 다른 모드, 예를 들면 제 2 모드로 주사시의 변화는 제 1 모드와 제 2 모드에서 상기 장치를 동작시키는데 적합하도록, 기계적인 수단에 의해 상기 자유작동거리의 더 이상의 조정을 필요로 하지 않는다.
이러한 렌즈계의 또 다른 이점은, 첫 번째 공지된 방법에서 제안된 것처럼, 대물렌즈의 변위가 제공 가능한 액추에이터를 필요로 하지 않는다.
본 발명에 따른 광학 주사장치의 바람직한 실시예에서는, 렌즈계가 더블릿-렌즈계를 구성하는 제 1 대물렌즈와 제 2 대물렌즈를 구비한다.
이러한 렌즈계는, 제 1 대물렌즈와 제 2 대물렌즈 사이의 거리가, 상기 두 번째 공지된 방법에 제안된 것처럼, 상기 장치를 제 1 모드와 제 2 모드에서 동작시키는데 적합하게 조정될 필요가 없다는 이점이 있다.
상술한 목적을 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 렌즈계는,
제 1 및 제 2 방사빔을 수신하는 입사면과 제 1 및 제 2 수속 방사빔을 출력하는 출사면을 갖고, 상기 제 1 및 제 2 방사빔을 투과하는 제 1 대물렌즈와,
상기 제 1 대물렌즈의 입사면에 대향하고, 상기 제 1 방사빔을 투과하는 제 1 부분, 상기 제 1 방사빔을 반사하는 비중첩의 제 2 부분 및 상기 제 2 방사빔을 투과하는 제 3 부분을 구비한 제 1 광학 구조체와,
상기 제 1 대물렌즈의 출사면에 대향하게 배치되고, 상기 제 1 방사빔을 반사하는 제 4 부분, 상기 제 1 방사빔을 투과하는 비중첩의 제 5 부분 및 상기 제 2 방사빔을 투과하는 제 6 부분을 구비한 제 2 광학 구조체를 구비한다.
본 발명의 목적, 이점 및 특징은, 첨부도면들을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 명백해질 것이다:
도 1은 종래의 광학 주사장치를 나타내고,
도 2a는 제 1 포맷의 광 기록매체에 주사할 경우("제 1 모드"), 본 발명에 따른 광학 주사장치를 나타내고,
도 2b는 제 2 포맷의 광 기록매체에 주사할 경우("제 2 모드"), 도 2a의 광학 주사장치를 나타내며,
도 3은 도 2a 및 도 2b의 렌즈계의 제 1 실시예를 상세하게 나타내고,
도 4a는 도 3에 도시된 제 1 구조체의 단면도,
도 4b는 도 3에 도시된 제 2 구조체의 단면도,
도 5는 도 3 및 도 4의 제 1 및 제 2 실시예와 관련하여 제 1 코팅의 반사계수를 나타낸 곡선,
도 6은 도 3 및 도 4의 제 1 및 제 2 실시예와 관련하여 제 2 코팅의 반사계수를 나타낸 곡선,
도 7a는 도 2a의 광학 주사장치가 "제 1 모드"에서 동작하는 경우 상기 방사빔의 광선을 나타내고,
도 7b는 도 2b의 광학 주사장치가 "제 2 모드"에서 동작하는 경우 상기 방사빔의 광선을 나타내며,
도 8은 도 3에 도시된 대물렌즈와 제 1 및 제 2 광학 구조체의 제 2 실시예를 상세하게 나타내고,
도 9는 도 3에 도시된 대물렌즈와 제 1 및 제 2 광학 구조체의 제 3 실시예를 상세하게 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 광학 주사장치는, 적어도 서로 다른 형태 또는 포맷의 광 기록매체를 주사하는데 적합하다. 도 2a는 제 1 형태의 광 기록매체(21)의 정보층(23)을 주사하는, "제 1 모드"에서의 상기 광학 주사장치를 나타낸다. 도 2b는 제 2 형태의 광 기록매체(45)의 정보층(47)을 주사하는 "제 2 모드"에서의 상기와 같은 광학 주사장치를 나타낸다.
상기 광 기록매체(21)는, 투명층(22)을 구비하고, 이 투명층의 일측에 정보층(23)이 구비되어 있다. 상기 투명층으로부터 멀리 대향하는 정보층의 측면은 보호층에 의해 환경적인 영향으로부터 보호된다. 이때 투명층(22)은, 상기 정보층(23)을 기계적으로 지지하는 상기 매체(21)의 지지체로서 동작한다. 또한, 투명층(22)은, 정보층(23)을 보호하는 유일한 기능을 갖고, 상기 기계적인 지지부는, 그 상기 정보층(23)의 다른측의 한 층, 예를 들면 보호층 또는 추가 정보층 및 상기 최상위 정보층에 연결된 투명층으로 구성된다. 상기 정보층(23)은, 트랙들을 포함하는 매체(21)의 표면이다. "트랙"이란, 포커싱된 방사빔이 따라가는 경로로, 이 경로 위에 정보를 나타내는 경로 광학 판독가능 마크가 배치되어 있다. 이 마크들은, 예를 들면, 반사계수 또는 주변과 서로 다른 자화 방향을 갖는 피트 또는 영역의 형태이어도 된다. 설명상으로는, 광 기록매체(21)가 DVR-포맷인 경우에, 그 투명층(22)의 두께는 약 0.1mm이다.
광 기록매체(45)는, 투명층(46)을 구비하고, 이 투명층의 일측에는 정보층(47)이 구비되어 있다. 이때의 투명층(46)은, 제 1 형태의 광 기록매체(41)의 투명층(22)보다 더 두꺼운 두께를 갖는다. 그래서, 그 정보층(47)은, 광 기록매체(21)의 정보층(23)보다 낮은 저 정보밀도를 가져도 된다. 설명상, 상기 매체(45)가 DVD-포맷일 경우에는, 상기 투명층(46)의 두께는 약 0.6mm이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 것처럼, 광학 주사장치는, 방사원(26)과 하나의 광축(33)을 갖는 렌즈계(24)를 구비한다. 상기 광학 주사장치는, 빔 스플리터(28), 검출계(39), 서보계(42A), 포커스 액추에이터(42B), 반경방향 액추에이터(42C) 및 오류 정정을 위한 정보처리부(42D)를 구비한다.
상기 방사원(26)은, 상기 정보층(23)을 주사하는 제 1 방사빔(27)과, 상기 정보층(47)을 주사하는 제 2 방사빔(49)을 공급하도록 배치된다. 이러한 방사원(26)은, 제 1 선택파장 λ1의 방사빔(27)을 방출하는 제 1 반도체 레이저와, 제 2 선택파장 λ2의 방사빔(49)을 제 2 반도체 레이저를 적어도 구비하는 것이 바람직하다. 설명상, 광 기록매체(21)가 DVR-포맷일 경우, 그 파장 λ1은, 405nm인 것이 바람직하고, 광 기록매체(45)가 DVD-포맷일 경우, 그 파장 λ2는 660nm인 것이 바람직하다.
상기 빔 스플리터(28)는, 방사빔(27, 49)이 상기 렌즈계(24)를 향하여 반사하도록 구성된다. 이때의 빔 스플리터(28)는 광축(33)에 대해 경사진 평탄한 평행판으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 렌즈계(24)는, "제 1 모드"에서, 상기 반사된 방사빔(27)을 제 1 개구수 NA1을 갖는 제 1 포커싱된 방사빔(35)으로 변환하여, 상기 정보층(23)의 위치에 제 1 스폿(36)을 형성하는 반사굴절계로서 동작하고(1), "제 2 모드"에서, 상기 반사된 방사빔(49)을 제 2 개구수 NA2를 갖는 제 1 포커싱된 방사빔(56)으로 변환하여, 상기 정보층(47)의 위치에 제 2 스폿(53)을 형성하는 굴절계로서 동작하도록(2) 구성되고, 이때, 상기 개구수 NA2는 상기 개구수 NA1보다 작다. 이러한 렌즈계(24)의 구성을 이하에서 더욱 상세히 설명한다.
그리고, 광학 주사장치가 "제 1 모드"에서 동작할 경우, 상기 포커싱된 방사빔(35)은 정보층(23)에서 반사하여, 전방향 수속빔(34)의 광 경로상에서 되돌아오는 반사된 빔(37)을 형성한다. 이 렌즈계(24)는, 상기 반사된 방사빔(37)을 제 1 수속 반사된 방사빔(38)으로 변환한다. 끝으로, 상기 빔 스플리터(28)는, 상기 반사된 방사빔(38)의 적어도 일부를 상기 검출계(39)로 전달하여서 상기 반사된 방사빔(38)으로부터 상기 전방향 방사빔(27)을 분리한다. 광학 주사장치가 "제 2 모드"에서 동작하는 경우, 상기 포커싱된 방사빔(56)은 상기 정보층(47)에서 반사하여, 상기 전방향 수속빔(51)의 광 경로 상에서 되돌아오는 반사빔(54)을 형성한다. 이 렌즈계(24)는, 그 반사된 방사빔(54)을 제 2 수속 반사된 방사빔(55)으로 변환한다. 끝으로, 상기 빔 스플리터(28)는 상기 반사된 방사빔(55)의 적어도 일부를 상기 검출계(39)를 향하여 전달하여 상기 반사된 방사빔(55)으로부터 상기 전방향 방사빔(49)을 분리한다.
상기 검출계(39)는, 상기 반사된 빔(38, 55)을 포획하여 이들을 하나 또는 그 이상의 전기신호로 변환하도록 구성된다. 그 신호들 중 하나는, 정보신호 I데이터로, 이 신호의 값은 정보층(23, 47)으로부터 각각 주사된 정보를 나타낸다. 이 정보신호 I데이터는, 상기 정보처리부(42D)에 의해 처리되어 상기 정보층(23, 47)으로부터 추출된 정보의 오류를 정정하여도 된다. 상기 검출계(39)로부터의 다른 신호는, 포커스 오차신호 I포커스와 반경방향 트랙킹 오차신호 I반경방향이다. 이 신호 I포커스는, 주사 스폿(36)(주사 스폿(53), 각각)과 정보층(23)(정보층(47), 각각) 사이에 광축(33)을 따른 광축 방향 높이차를 나타낸다. 즉, 이 신호 I포커스는, (아래에 설명된 것과 같은) 정보층의 포커스에 상기 주사 스폿을 유지하는데 더욱 사용된다. 이 신호 I포커스는, 특히 the book by G.Bouwhuis,J.Braat,A.Huijser et al, "Principles of Optical Disc Systems," 75-80(Adam Hilger 1985)(ISBN 0-85274-785-3)에 공지된 일반적으로 사용된 "비점 수차 방법"으로부터 형성된다. 상기 신호 I반경방향은, 주사 스폿(36)(주사 스폿(53), 각각)과 이 주사 스폿 뒤에 오는 이러한 정보층에 있는 트랙의 중심과의 사이에서 정보층(23)(정보층(47), 각각)의 평면에서의 거리를 나타낸다. 즉, 이 신호 I반경방향은, 또한 정보층(23, 47) 각각에서 트랙 상에 상기 주사 스폿(36, 53)을 유지하는데 사용된다. 이 신호 I반경방향은, 특히 the book by G.Bouwhuis,J.Braat,A.Huijser et al, "Principles of Optical DiscSystems," 70-73(Adam Hilger 1985)(ISBN 0-85274-785-3)에 공지된 일반적으로 사용된 "비점 수차 방법"으로부터 형성된다.
서보계(42A)는, 상기 신호 I포커스와 I반경방향에 따라, 포커스 액추에이터(42B)와 반경방향 액추에이터(42C) 각각을 제어하는 서보 제어신호 I제어를 제공하도록 구성된다. 상기 포커스 액추에이터(42B)는, 광축(33)을 따라 상기 렌즈계(24)의 위치를 제어함으로써, 상기 주사 스폿(36, 53)의 실제 위치를 제어하므로 상기 정보층(23, 47)에서, 각각 뒤따라올 트랙의 중심선과 거의 실질적으로 일치한다.
이제, 상기 렌즈계(24)를 더욱 상세히 설명한다. 도 3은 제 1 대물렌즈(30), 제 1 광학 구조체(51) 및 제 2 광학 구조체(52)를 구비한 렌즈계(24)의 제 1 실시예를 나타낸 것이다. 상기 렌즈계(24)는, 시준렌즈(29)와 제 2 대물렌즈(31)를 더 구비한다.
상기 시준렌즈(29)는, 방사빔(27, 49)을 제 1 시준된 방사빔(32)과 제 2 시준된 방사빔(50)을 각각 변환하도록 구성된다.
상기 제 1 대물렌즈(30)는, 상기 시준된 방사빔(32, 50)을, 각각 제 1 수속 방사빔(34)과 제 2 수속 방사빔(51)으로 변환하도록 구성된다. 그래서, 상기 대물렌즈(30)는, 상기 방사빔(32, 50)을 수신하는 입사면과, 상기 수속빔(34, 51)을 출력하는 출사면을 갖는다. 또한, 대물렌즈(30)는, 상기 방사빔(32, 50)을 투과시킨다.
상기 제 1 광학 구조체(51)는, 방사원(26)과 상기 대물렌즈(30)의 입사면 사이에 배치된다. 도 4a는 제 1 부분(51a), 비중첩의 제 2 부분(51b) 및 제 3 부분(51c)을 구비한 것으로 도시된 제 1 광학 구조체(51)의 단면도이다.
상기 제 1 부분(51a)은, 방사빔(32)을 투과한다. 도 4a에 도시된 것처럼, 이 부분은, 중심부(즉, 광축(33)을 중심으로 한 영역 내)이고, 외부 경계(51a1)를 갖는다.
상기 제 2 부분(51b)은, 방사빔(32)을 투과한다. 도 4a에 도시된 것처럼, 이 부분은, 주변부(즉, 중심부(51a) 둘레의 환형 영역 내)이고, 외부 경계(51b1)와 내부 경계(51b2)를 가지므로, 상기 제 1 부분(51a)과 상기 제 2 부분(51b)은 중첩하지 않는다. 상기 경계 51b2와 51a1 사이에 공간이 있거나 또는 이 경계들이 일치하여도 된다. 이하에서와 도 3에 도시된 것처럼, 상기 경계 51b2와 51a1은 일치한다.
상기 제 3 부분(51c)은, 방사빔(50)을 투과한다. 도 4a에 도시된 것처럼, 이 부분은, 상기 경계 51b1과 51b2 사이에 연장하는 외부 경계(51c1)를 갖는다. 달리 말하면, 상기 제 3 부분(51c)은, 제 1 부분(51a) 및/또는 상기 제 2 부분(51b)을 구비하여도 된다. 도 4a에 도시된 구성과 다른 방법으로서, 상기 제 3 부분(51c)은, 환형이므로 내부 경계를 갖는다. 다음으로, 제 3 부분(51c)은, 도 3에 도시된 것처럼, 제 1 부분(51a)과 제 2 부분(51b)을 구비한다. 상기 광학 구조체(51)는, 상기 부분 51a를 횡단하는 방사빔(50)의 일부와 상기 부분 51b를 횡단하는 방사빔(50)의 일부 사이에 (광 경로차로 인한) 위상차를 보상하기 위한 제 1 위상 보상소자를 더 구비하는 것이 바람직하다. 설명상, 도 3에 도시된 것처럼, 이러한 보상소자는, 상기 시준렌즈(29)와 상기 대물렌즈(30)의 입사면과의 사이에 배치된제 1 층(80)으로 형성되어도 된다. 상기 제 1 대물렌즈(30)의 입사면은, 상기 제 1 층이 상기 부분 51a와 중첩하는 단면을 갖도록 설계되어도 된다. 더욱이, 상기 제 1 층은, 상기 제 1 층을 횡단하는 방사빔과 상기 부분 51b를 횡단하는 방사빔간의 위상차가 상기 부분 51b를 횡단하는 방사빔과 상기 부분 51a를 횡단하는 방사빔간의 위상차와 같도록 소정 두께 "t1"을 갖는다. 상기 제 1 층이 균일한 굴절율을 가질 경우, 그 두께 t1은, 다음식과 같이 정의된다:
여기서, "ψ"는 상기 부분 51b를 횡단하는 방사빔과 상기 부분 51a를 횡단하는 방사빔간의 위상차이고, "λ"는 제 1 층을 횡단하는 방사빔의 파장이고, "n"은 상기 제 1층의 굴절율이다.
상기 제 2 광학 구조체(52)는, 상기 대물렌즈(30)의 출사면과 상기 정보층(23, 47)의 위치 사이에 배치된다. 도 4b는 제 4 부분(52b), 비중첩의 제 5 부분(52a) 및 제 6 부분(52c)을 구비하는 제 2 구조체(52)의 단면을 나타낸다.
상기 제 4 부분(52b)은, 상기 방사빔(32)을 반사한다. 도 4b에 도시된 것처럼, 이 부분은, 중심부(즉, 광축(33)을 중심으로 한 영역 내)와 외부 경계(52b1)를 갖는다.
상기 제 5 부분(52a)은, 방사빔(32)을 투과한다. 도 4b에 도시된 것처럼, 이 부분은, 주변부(중심부(52b) 둘레의 환형영역 내)이고, 상기 부분 52a가 상기 부분 52b과 중첩하지 않도록 외부 경계(52a1)와 내부 경계(52a2)를 갖는다. 특히, 상기경계 52b1과 52a2 사이에 공간이 있거나 또는 이 경계들이 일치하여도 된다. 이하에서와 도 3에 도시된 것처럼, 상기 경계 52b1과 52a2는 일치한다.
상기 제 6 부분(52c)은, 방사빔(50)을 투과한다. 도 4b에 도시된 것처럼, 이 부분은, 상기 경계 52b1과 52b2 사이에 연장하는 외부 경계(52c1)를 갖는다. 달리 말하면, 상기 제 6 부분(52c)은, 상기 부분 52a 및/또는 상기 부분 52b를 구비하여도 된다. 도 4b에 도시된 구성과 다른 방법으로서, 상기 제 6 부분(52c)은, 환형이므로 내부 경계를 갖는다. 다음으로, 제 6 부분(52c)은, 도 3에 도시된 것처럼, 상기 부분 52a와 상기 부분 52b를 구비한다. 상기 광학 구조체(52)는, 상기 부분 52a를 횡단하는 방사빔(50)의 일부와 상기 부분 52b를 횡단하는 방사빔(50)의 일부 사이에 (광 경로차로 인한) 위상차를 보상하기 위한 제 2 위상 보상소자를 더 구비하는 것이 바람직하다. 설명상, 도 3에 도시된 것처럼, 이러한 보상소자는, 상기 대물렌즈(30)의 출사면과 제 2 대물렌즈(31) 사이에 배치된 제 2 층(81)으로 형성되어도 된다. 이러한 제 2 층(81)은, 특히 두께면에서 상기 제 1 층(80)과 유사하게 형성되어도 된다.
특히, 상기 부분 51a, 51b와 상기 부분 52a, 52b는, 비중첩이라는 것을 알 수 있다. 즉, 예를 들면, 도 4a를 참조하면, 상기 광학 구조체(51)에 입사되는 방사빔의 단면은, 상기 부분 51a의 광 특성(즉, 투과도)에 영향을 받는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역과 중첩되지 않고 상기 부분 51b의 광 특성(즉, 반사도)에 영향을 받는 제 2 영역을 갖는다.
상기 제 2 대물렌즈(31)는, 상기 수속 방사빔(34, 51)을 상기 포커싱된빔(35, 52)으로 각각 변환하도록 배치된다. 이 대물렌즈는, 상기 대물렌즈(30)의 출사면에 대향하는 볼록 입사면(31a)과, 상기 정보층(23, 47)의 위치에 대향하는 평탄한 출사면(31b)을 갖는 평-볼록 렌즈(31)로 구성되어도 된다. 그 중에서도, 상기 제 2 대물렌즈(31)는, 상기 제 1 대물렌즈(30)와 협동하여 기계적인 공차면에서 단일 렌즈계보다 보다 쉽게 제조하는 이점을 갖는 더블릿 렌즈계를 구성한다. 이러한 더블릿 렌즈계의 또 다른 이점은, 상기 제 1 및 제 2 대물렌즈의 상호 조정에 덜 민감하다는 것이다. 이 때문에, 상기 더블릿 렌즈계에서 발생된 구면수차 및 코마 수차 등의 광학 수차의 양을 보다 낳게 제어하여도 된다.
도 3에 도시된 광학 구조체(51, 52)의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명한다. 이 구조체들은, 방사빔(32, 50)에 민감한 코팅재로 이루어져 상기 방사빔(32, 50)을 투과 및/또는 반사한다. 설명상, 이들 코팅재는, 상기 제 2 부분(51b)이 파장 λ1을 반사하고 파장 λ2를 투과하고, 상기 제 1 부분(51a)이 파장 λ1 및 λ2를 투과하도록 파장에 민감하게 선택된다. 예를 들면, 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 상기 제 1 부분(51a)은 대물렌즈(30)의 입사면의 중심부(30a)에 적층된 제 1 코팅재로 이루어져도 되고, 상기 제 2 부분(51b)은 상기 대물렌즈(30)의 입사면의 주변부(30b)에 적층된 제 2 코팅재로 이루어져도 된다. 상기 제 1 코팅재의 막(들)의 재료, 두께 및 굴절율은, 이러한 코팅재가 파장 λ2 및 λ1을 투과하도록 선택된다. 설명상, 표 1은, 이러한 막들(여기서, 2개의 막은 제 1 코팅재로 형성된다)의 일례를 나타낸 것이다.
[표 1]
도 5는 표 1에 도시된 것처럼 만들어진 제 1 코팅재에 대한 반사계수 R과, 이 코팅재를 횡단하는 방사빔의 파장 λ를 전개한 것을 나타낸 곡선(60)을 도시한 것이다. 이 곡선(60)은, 상기 파장 λ이 405nm 및 660nm일 경우 2개의 최소값(R≒0)을 갖는다. 즉, 표 1에 도시된 것처럼 제조된 상기 제 1 코팅재는, 405nm 및 660nm인 파장 λ1 및 λ2를 각각 투과시킨다.
제 2 코팅재의 막(들)의 재료, 두께 및 굴절율은, 이 코팅재가 파장 λ1을 반사시키고, 파장 λ2를 투과시키도록 선택된다. 설명상, 표 2는 상기와 같은 막들의 일례를 나타낸 것이다(여기서는, 7개의 막은 제 2 코팅재로 형성된다).
[표 2]
도 6은 표 2에 도시된 것처럼 제조된 제 2 코팅재에 대한 반사계수 R과, 이 코팅재를 횡단하는 방사빔의 파장 λ를 전개한 것을 나타낸 곡선(70)을 도시한 것이다. 이 곡선(70)은, 상기 파장 λ이 660nm일 경우에는 최소값(R≒0)과, 파장이 405nm일 경우에는 최대값(R≒1)을 갖는다. 즉, 상기 제 2 코팅재는, 660nm인 파장 λ2를 투과시키고, 405nm인 파장 λ1을 반사시킨다.
상기 표 1 및 표 2를 참조하여 상술한 것과 같은 광학 구조체 51과 마찬가지로, 상기 광학 구조체 52는, 예를 들면 다음과 같이 제조되어도 된다. 도 3에 도시된 것처럼, 상기 부분 52a는 표 1에 기재된 제 1 코팅재와 동일하고, 상기 대물렌즈(30)의 출사면의 주변부(30d)에 적층된 제 3 코팅재로 이루어지고, 상기 부분 52b는 표 2에 기재된 제 2 코팅재와 동일하고, 상기 대물렌즈(30)의 출사면의 중심부(30c)에 적층된 제 4 코팅재로 이루어져도 된다. 달리 말하면, 광학 구조체 51은, 중심 구멍을 갖는 거울로서 동작하고, 상기 광학 구조체 52는 중심 거울로서 동작한다.
특히, 도 3과 표 1, 2를 참조하여 설명한 실시예들은, 상기 매체 21이 DVR-포맷이고, 상기 매체 45가 DVD-포맷일 경우에 적합하다.
다음으로, 상기 장치가 "제 1 모드"와 "제 2 모드"에서 각각 동작할 경우에, 도 2a, 2b 및 도 3에 도시된 것과 같은 광학 주사장치의 동작을, 렌즈계(24)를 횡단하는 방사빔의 광선을 나타낸 도 7a 및 도 7b를 참조하여 더욱 상세히 설명하겠다.
상기 광학 주사장치가 "제 1 모드"에서 동작하는 경우에, 상기 방사원(26)은상기 정보층(23)을 주사하기 위한 파장 λ1의 방사빔(27)을 공급한다. 이때, 렌즈계(24)는, 그 방사빔(27)을 개구수 NA1을 갖는 포커싱된 방사빔(35)으로 변환하는 반사굴절계로서 동작하여, 그 정보층(23)의 위치에 스폿(36)을 형성한다.
더욱 상세하게는, 상기 시준렌즈(29)는, 그 방사빔(27)을 시준된 방사빔(32)으로 변환한다. 그 후, 이 방사빔(32)은, 상기 광학 구조체(51)에 도달한다. 상기 부분 51a는, 이 빔의 파장이 λ1과 같으므로, 상기 시준된 방사빔(32)을 투과시킨다. 이 방사빔(32)은 그 입사면을 거쳐 대물렌즈(30)에 입사된다. 이때, 대물렌즈(30)는, 이 빔의 파장이 λ1과 같으므로, 상기 방사빔(32)을 투과시킨다. 그래서, 이 방사빔(32)은, 그 입사면으로부터 출사면으로 대물렌즈(30)를 횡단한 후, 상기 광학 구조체(52)에 도달한다. 상기 부분 52b는, 이 빔의 파장이 λ1과 같으므로, 그 방사빔(32)을 반사시킨다. 그 후, 이 방사빔(32)은, 그 출사면으로부터 입사면으로 대물렌즈(30)를 횡단한 후, 상기 광학 구조체(51)에 도달한다. 상기 부분 51b는, 이 빔의 파장이 λ1과 같으므로, 상기 방사빔(32)을 반사시킨다. 그 후, 이 방사빔(32)은, 입사면으로부터 출사면으로 다시 대물렌즈(30)를 횡단한 후, 광학 구조체(52)에 도달한다. 상기 부분 52a는, 이 빔의 파장이 λ1과 같으므로, 상기 방사빔(32)을 투과시킨다. 그리고, 이 방사빔(32)은, 수속 방사빔(34)의 형태로, 출사면과 상기 광학 구조체(52)를 통해 대물렌즈(30)로부터 방사된다. 끝으로, 제 2 대물렌즈(31)는, 그 수속 방사빔(34)을 포커싱된 빔(35)으로 변환하여, 상기 정보층(23)에 스폿(36)을 형성한다.
상기 광학 주사장치가 "제 2 모드에서 동작하는 경우, 상기 방사원(26)은 상기 정보층(47)을 주사하기 위한 파장 λ2의 방사빔(49)을 공급한다. 이 렌즈계(24)는, 상기 방사빔(49)을 개구수 NA2를 갖는 상기 포커싱된 방사빔(56)으로 변환하는 굴절계로서 동작하여, 상기 정보층(47)의 위치에 스폿(53)을 형성하고, 이때, 개구수 NA2는 상기 개구수 NA1보다 작다.
더욱 구체적으로는, 상기 시준렌즈(29)는, 상기 방사빔(49)을 시준된 방사빔(50)으로 변환하다. 그 후, 이 방사빔(50)은, 광학 구조체(51)에 도달한다. 상기 부분 51a, 51b는, 이 빔의 파장이 λ2와 같으므로, 시준된 방사빔(50)을 투과시킨다. 이 방사빔(50)은, 그 입사면을 거쳐 상기 대물렌즈(30)에 입사된다. 이때 대물렌즈(30)는, 이 빔의 파장이 λ2와 같으므로, 그 방사빔(50)을 투과시킨다. 그리고, 이 방사빔(50)은, 그 입사면으로부터 출사면으로 대물렌즈(30)를 횡단한 후, 광학 구조체(52)에 도달한다. 상기 부분 52a, 52b는, 이 빔의 파장이 λ2와 같으므로, 상기 방사빔(32)을 투과시킨다. 그리고, 이 방사빔(50)은, 그 출사면과 광학 구조체(52)를 거쳐 대물렌즈(30)로부터 수속 방사빔(51)의 형태로 방사된다. 끝으로, 평-볼록렌즈(31)는, 그 수속 방사빔(51)을 포커싱된 빔(56)으로 변환하여, 상기 정보층(47)에 스폿(53)을 형성한다. 달리 말하면, 상기 렌즈계(24)가 "굴절계"로서 동작하는 경우, 상기 대물계를 횡단하는 방사빔은, 반사되지 않고 상기 방사원(26)으로부터 정보층(47)으로 전달된다.
이 방사빔(32)은, 적어도 두 번 (상기 중심부(52b)와 주변부(51b)에) 상기 렌즈계 내에서 반사된 후 주변부(52a)로부터 방사된다는 것을 주목해야 한다. 이로 인해 "제 2 모드"에 대해 초점 길이가 변화된다. 그 결과, 광학 주사장치가 "제 2모드"에서 동작하는 경우, 자유작동거리 "fwd"는 "제 1 모드"에 대해서도 증가될 수 있다.
상술한 실시예들과 관련하여, 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 각 종 변형 및 변경을 이용하여도 되는 것을 알 수 있다.
도 3을 참조하여 설명된 다른 실시예로서, 제 1 대물렌즈를, 도 3에 도시된 것처럼, 상기 대물렌즈(30)와 서로 다르게 설계하여도 된다.
설명상, 도 8은 참조번호 30', 51' 및 52'로 각각 나타낸 제 1 및 제 2 광학 구조체의 제 1 대물렌즈의 제 2 실시예를 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 대물렌즈(30)와 마찬가지로, 제 1 광학 구조체(51')는, 제 1 부분(51a'), 제 2 부분(51b') 및 제 3 부분(51c')을 구비하고, 제 2 광학 구조체(52')는 제 4 부분(52b'), 제 5 부분(52a') 및 제 6 부분(52c')을 구비하고, 52c'를 거친 상기 부분 51a'은, 52c를 거친 부분 51a와 같은 광학 특성을 각각 갖는다. 그러나, 도 8에 도시된 것처럼, 상기 부분 52a'는 중심부(즉, 광축(33)을 중심으로 한 영역)이고, 상기 부분 52b'는 주변부(즉, 상기 중심부(52a') 둘레의 환형영역)인 반면에, 도 3에 도시된 것처럼, 상기 부분 52a는 주변부이고 상기 부분 52b는 중심부이다. 또한, 상기 부분 52a'는 예를 들면, 표 1에 기재된 제 1 코팅재와 동일하고, 상기 대물렌즈(30')의 출사면의 중심부(30c')에 적층된 제 5 코팅재로 이루어지고, 상기 부분 52b'는 예를 들면, 표 2에 기재된 제 2 코팅재와 동일하고, 상기 대물렌즈(30')의 출사면의 주변부(30d')에 적층된 제 6 코팅재로 이루어져도 된다.
제 2 바람직한 실시예에서는, 상기 대물렌즈(30')의 입사면이 거의 곡선이고, 상기 그 대물렌즈(30')의 출사면이 거의 평탄하다는 것을 주목한다.
제 2 실시예가 "제 1 모드"에서 동작하는 경우, 방사빔(32)은 광학 구조체(51')에 도달한다. 상기 부분(51a')은, 이 빔의 파장이 λ1과 같으므로, 상기 시준된 방사빔(32)을 투과시킨다. 이 방사빔(32)은 그 입사면을 거쳐 대물렌즈(30')에 입사된다. 이 대물렌즈(30')는, 이 빔의 파장이 λ1과 같으므로, 그 방사빔(32)을 투과시킨다. 그래서, 이 방사빔(32)은, 그 입사면으로부터 출사면으로 대물렌즈(30')를 횡단한 후, 상기 광학 구조체(52')에 도달한다. 상기 부분(52b')은, 이 빔의 파장이 λ1과 같으므로 상기 방사빔(32')을 반사시킨다. 그 후, 이 방사빔(32)은, 그 출사면으로부터 입사면으로 대물렌즈(30')를 횡단한 후, 상기 광학 구조체(51')에 도달한다. 이 부분(51b')은, 이 빔의 파장이 λ1과 같으므로, 상기 방사빔(32)을 반사시킨다. 그리고, 이 방사빔(32)은, 그 입사면으로부터 출사면으로 대물렌즈(30')를 다시 횡단한 후, 상기 광학 구조체(52')에 도달한다. 상기 부분(52a')은, 이 빔의 파장이 λ1과 같으므로 상기 방사빔(32)을 투과시킨다. 이 방사빔(32)은, 그 출사면과 상기 광학 구조체(52')를 거쳐 대물렌즈(30')로부터 상기 수속 방사빔(34)의 형태로 방사된다.
제 2 실시예가 "제 2 모드"에서 동작하는 경우, 상기 방사빔(50)은 광학 구조체(51')에 도달한다. 상기 부분(51a', 51b')은, 이 빔의 파장이 λ2와 같으므로, 상기 시준된 방사빔(50)을 투과시킨다. 이 방사빔(50)은, 그 입사면을 거쳐 대물렌즈(30')에 입사된다. 이에 따라, 대물렌즈(30')는, 이 빔의 파장이 λ2와 같으므로, 상기 방사빔(50)을 투과시킨다. 이와 같이 하여, 상기 방사빔(50)은, 그 입사면으로부터 출사면으로 대물렌즈(30')를 횡단한 후, 상기 광학 구조체(52')에 도달한다. 상기 부분(52a', 52b')은, 이 빔의 파장이 λ2와 같으므로, 상기 방사빔(32)을 투과시킨다. 그리고, 이 방사빔(50)은, 그 출사면과 상기 광학 구조체(52')를 거쳐, 대물렌즈(30')로부터 상기 수속 방사빔의 형태로 방출된다.
주목해야 할 것은, 상기 방사빔(32)이, 상기 주변부(52b')와 주변부(51b') 사이에서 적어도 두 번 반사시킨 후, 그 중심부(52a')로부터 방출된다는 것이다.
도 9는 도면부호 30", 51" 및 52"로 각각 나타낸 제 1 대물렌즈와 제 1 및 제 2 광학 구조체의 제 3 실시예를 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 대물렌즈(30)와 마찬가지로, 제 1 광학 구조체(51")는, 제 1 부분(51a"), 제 2 부분(51b") 및 제 3 부분(51c")을 구비하고, 제 2 광학 구조체(52")는 제 4 부분(52b"), 제 5 부분(52a") 및 제 6 부분(52c")을 구비하며, 그 부분 52c"를 거친 상기 부분 51a"는, 각각, 상기 부분 52c를 거친 부분 51a와 같은 광학 특성을 갖는다. 그러나, 도 3 및 도 9에 도시된 2개의 실시예들간에는 2가지 다른 점이 있다. 먼저, 상기 부분 51b"은 중심부(즉, 광축(33)을 중심으로 한 영역)이고, 상기 부분 51a"은 주변부(즉, 상기 중심부(51b") 둘레의 환형영역)인 반면에, 상기 부분 51a는 중심부이고 상기 부분 51b는 주변부이다. 두 번째로, 상기 부분 52a"는, 중심부(즉, 광축(33)을 중심으로 한 영역)이고, 상기 부분 52b"은 주변부(즉, 상기 중심부(52a") 둘레의 환형영역)인 반면에, 상기 부분 52a는 주변부이고 상기 부분 52b는 중심부이다. 또한, 상기 부분 52a"는, 예를 들면 표 1에 기재된 제 1 코팅재와 동일하고, 상기 대물렌즈(30")의 출사면의 중심부(30c")에 적층된 제 7 코팅재로 이루어지고, 상기부분 52b"은, 예를 들면 표 2에 기재된 제 2 코팅재와 동일하고, 상기 대물렌즈(30")의 출사면의 주변부(30d")에 적층된 제 8 코팅재로 이루어져도 된다.
또한, (제 1 방사빔(27)에 의한) 고속모드에서 동작하는 제 3 실시예(30")의 구성은, 광학 메모리 2001(ISBN 4-89114-018-6)에 관하 국제 심포지움에서, Hiroshi Hatano et al.,에 의한 "A Plano-Convex Solid Immersion Mirror with a Small Aperture for Near-field Optical Data Storage"의 제목으로 된 논문에 공지되어 있다는 것을 주목한다. 상기 논문에 의하면, 입사면과 출사면을 갖는 렌즈와, 상기 입사면에 배치된 제 1 구조체와, 상기 출사면에 배치된 제 2 구조체로 구성된 평-볼록 침지 거울을 제시하고, 이들 제 1 및 제 2 면은, 하나의 파장을 반사하는 부분들을 구비한다. 그러나, 이 논문에는, 이 부분들이 또 다른 파장을 투과시키도록 형성되지 않았다는 것이 기재되어 있다.
바람직한 제 3 실시예에서는, 대물렌즈(30")의 입사면이 거의 평탄하고, 대물렌즈(30")의 출사면이 거의 곡선인 것을 주목한다.
상기 제 3 실시예가 "제 1 모드"에서 동작하는 경우, 상기 방사빔(32)은, 광학 구조체(51")에 도달한다. 상기 부분(51a")은, 이 빔의 파장 λ1과 같으므로, 상기 시준된 방사빔(32)을 투과시킨다. 이 방사빔(32)은, 그 입사면을 거쳐 대물렌즈(30")에 입사된다. 이에 따라, 대물렌즈(30")는, 이 빔의 파장이 λ1과 동일하므로, 상기 방사빔(32)을 투과시킨다. 이와 같이 하여, 상기 방사빔(32)은, 그 입사면으로부터 출사면으로 대물레즈(30")를 횡단한 후, 상기 광학 구조체(52")에 도달한다. 상기 부분(52b")은, 이 빔의 파장이 λ1과 동일하므로, 상기방사빔(32")을 반사시킨다. 그 후, 이 방사빔(32)은, 그 출사면으로부터 그 입사면으로 상기 대물렌즈(30")를 횡단한 후, 상기 광학 구조체(51")에 도달한다. 상기 부분(51b")은, 이 빔의 파장 λ1과 같으므로, 상기 방사빔(32)을 반사시킨다. 그리고, 이 방사빔(32)은, 그 입사면으로부터 출사면으로 다시 상기 대물렌즈(30")를 횡단한 후, 상기 광학 구조체(52")에 도달한다. 상기 부분(52a")은, 이 빔의 파장이 λ1과 같으므로, 상기 방사빔(32)을 투과시킨다. 이 방사빔(32)은, 그 출사면과 상기 광학 구조체(52")를 거쳐 상기 대물렌즈(30")로부터 상기 수속 방사빔(34)의 형태로 방출된다.
제 3 실시예를 "제 2 모드"에서 동작하는 경우, 상기 방사빔(50)은 상기 광학 구조체(51")에 도달한다. 상기 부분(51a", 51b")은 이 빔의 파장이 λ2와 같으므로, 상기 시준된 방사빔(50)을 투과시킨다. 이 방사빔(50)은, 그 입사면을 거쳐 상기 대물렌즈(30")에 입사된다. 이에 따라, 대물렌즈(30")는, 이 빔의 파장이 λ2와 같으므로 상기 방사빔(50)을 투과시킨다. 그래서, 상기 방사빔(50)은, 그 입사면으로부터 그 출사면으로 상기 대물렌즈(30")를 횡단한 후, 상기 광학 구조체(52")에 도달한다. 상기 부분(52a", 52b")은, 이 빔의 파장이 λ2와 같으므로 상기 방사빔(32)을 투과시킨다. 그리고, 상기 방사빔(50)은, 그 출사면과 상기 광학 구조체(52")를 거쳐 상기 대물렌즈(30")로부터 상기 수속 방사빔의 형태로 방출된다.
주목해야 하는 것은, 상기 방사빔(32)이 주변부(52b") 사이와 중심부(51b") 상에 적어도 두 번 반사된 후, 그 중심부(52a")로부터 방출된다는 것이다.
또한, 주목하는 것은, 도 8 및 도 9에 도시된 것처럼, 상기 대물렌즈(30', 30")와 상기 광학 구조체(51', 51", 52', 52")는, 상기 주사장치로 하여금 1보다 큰 개구수를 갖는 방사빔으로 동작시키도록 하고, 자유작동거리가 상기 주사 스폿의 파장 미만이기 때문에, 특히 "근시야 적용(near-field applications)"에 적합하다.
또 다른 방법으로서, 상기 렌즈계는, "제 2 모드"에 해당하는 모드에서 반사굴절계로서 동작하여도 되고, 예를 들면, 코팅재를 갖는 제 1 및 제 2 광학 구조체를 형성함으로써, 상기 제 1 및 제 2 방사빔을 투과 또는 반사시키는 그 렌즈계의 광학 특성인, "제 1 모드"에 해당하는 모드에서 굴절계로서 동작하여도 된다.
또 다른 방법으로서, 파장이 서로 다르고 상술한 것들 이외의 개구수를 갖는 방사빔을 사용하여도 된다. 이러한 경우에, 도 3 내지 도 5에 관련된 상술한 구조체가 상술한 방사빔을 투과 및/또는 반사하므로, 상기 제 1 및 제 2 광학 구조체의 중심부 및 주변부는, 이 방사빔들을 투과 및/또는 반사하도록 형성된다. 예를 들면, 본 발명에 따른 광학 주사장치는, 예를 들면, DVD-포맷의 매체 및 CD-포맷의 매체, 또는 DVR-포맷의 매체 및 CD-포맷의 매체에 주사하는데 적합하도록 형성되어도 된다.
또 다른 방법으로서, 도 3 내지 도 5에 도시된 것과 같은 제 1 및 제 2 광학 구조체는, 도 3 내지 도 5와 관련지어 상술한 코팅재처럼, 상기 제 1 및 제 2 방사빔의 파장에 민감하지 않거나 이 파장에 더 민감한 상기 제 1 및 제 2 방사빔의 편광성에 민감한 코팅재로 이루어져도 된다. 특히, 이러한 편광성에 민감한 코팅재는, "Thin-film optical filters"(ISBN 0-85274-784-5)의 MacLeod에 의한 책에 공지되어 있다.
또 다른 방법으로서, 도 2a 내지 도 5에 도시된 제 1 및 제 2 정보층은, 도 2a 및 2b에 도시된 것과 같은 2개의 별도의 광 기록매체의 일부가 아닌 동일한 광 기록매체의 일부이어도 된다.
또 다른 방법으로서, 상기 광학 주사장치는, 동시 다수-트랙 주사를 수행 가능한 형태이어도 된다. 이에 따라, 예를 들면, US 4,449,212에 기재된 것처럼, "판독모드"에 데이터 판독을 향상시키게 된다. 또한, 그것은, 다수 트랙 주사에 적용하여도 된다. 여기에, 상기 US 4,449,212에 따른 다수 트랙 구성에 관한 설명이, 참고로 포함되어 있다.
도 2a 내지 도 3을 참조하여 설명된 실시예의 개선점으로서, 제 1 및 제 2 광 기록매체의 투명층들간의 두께 차이에 따른 구면수차의 발생은, 예를 들면, 제 1 대물렌즈의 출사면 또는 제 2 대물렌즈의 입사면이 비구면적으로 만곡되게 하여서 교정하여도 된다. 예를 들면, 이러한 비구면 표면은, 예를 들어, B.H.W.Hendriks 및 P.G.J.M.Nuyens, "Designs and manufacturing of far-field high NA objective lenses for optical recording", 413-414, SPIE 3749(1999)에 공지된 프로세스를 사용하여 평탄한 표면에 형성되어도 된다.
끝으로, 도 3 내지 도 5에 도시된 것처럼, 상기 대물렌즈와 제 1 및 제 2 광학 구조체는, 제 1 방사빔을 제 1 개구수를 갖는 제 1 수속 방사빔으로 변환하고, 제 2 방사빔을 상기 제 1 개구수와 서로 다른 제 2 개구수를 갖는 제 2 수속 방사빔으로 변환하고,
하나의 광축을 갖고,
상기 제 1 및 제 2 방사빔을 수신하는 입사면과, 상기 제 1 및 제 2 수속 방사빔을 출력하는 출사면을 갖고, 상기 제 1 및 제 2 방사빔을 투과시키는 대물렌즈와,
상기 대물렌즈의 입사면에 대향하도록 배치되고, 상기 제 1 방사빔을 투과시키는 제 1 부분, 상기 제 1 방사빔을 반사시키는 비중첩의 제 2 부분 및 상기 제 2 방사빔을 투과시키는 제 3 부분을 구비한 제 1 광학 구조체와,
상기 대물렌즈의 출사면에 대향하도록 배치되고, 상기 제 1 방사빔을 반사시키는 제 4 부분, 상기 제 1 방사빔을 투과시키는 비중첩의 제 5 부분 및 상기 제 2 방사빔을 투과시키는 제 6 부분을 구비한 제 2 광학 구조체를 구비한 렌즈계에 사용되어도 된다는 것을 주목해야 한다.

Claims (11)

  1. 제 1 방사빔(27)에 의해 제 1 광 기록매체(21)의 제 1 정보층(23)과, 제 2 방사빔(49)에 의해 제 2 광 기록매체(45)의 제 2 정보층(47)을 주사하고,
    상기 제 1 및 제 2 방사빔을 공급하는 방사원(26)과,
    하나의 광축(33)을 갖고, 이 빔을 제 1 개구수(NA1)를 갖는 제 1 포커싱된 방사빔(35)으로 변환하여 상기 제 1 정보층의 위치에 제 1 스폿(36)을 형성하는 상기 제 1 방사빔용 반사굴절계와, 이 빔을 상기 제 1 개구수와 서로 다른 제 2 개구수(NA2)를 갖는 제 2 포커싱된 방사빔(52)으로 변환하여 상기 제 2 정보층의 위치에 제 2 스폿(53)을 형성하는 상기 제 2 방사빔용 굴절계로서 동작하는 렌즈계(24)를 구비한 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈계(24)는,
    상기 방사원(26)에 대향하는 입사면과 상기 제 1 및 제 2 정보층의 위치에 대향하는 출사면을 갖고, 상기 제 1 및 제 2 방사빔을 투과하는 제 1 대물렌즈(30, 30', 30")와,
    상기 방사원과 상기 제 1 대물렌즈의 입사면과의 사이에 배치되고, 상기 제 1 방사빔을 투과하는 제 1 부분(51a, 51a', 51a"), 상기 제 1 방사빔을 반사하는비중첩의 제 2 부분(51b, 51b', 51b") 및 상기 제 2 방사빔을 투과하는 제 3 부분(51c, 51c', 51c")을 구비한 제 1 광학 구조체(51, 51', 51")와,
    상기 제 1 대물렌즈의 출사면과 상기 제 1 및 제 2 정보층의 위치와의 사이에 배치되고, 상기 제 1 방사빔을 반사하는 제 4 부분(52b, 52b', 52b"), 상기 제 1 방사빔을 투과하는 비중첩의 제 5 부분(52a, 52a', 52a") 및 상기 제 2 방사빔을 투과하는 제 6 부분(52c, 52c', 52c")을 구비한 제 2 광학 구조체(52, 52', 52")를 구비한 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 부분(51a) 및 상기 제 2 부분(51b)은, 상기 광축에 대해 각각 중심부와 주변부이고, 상기 제 5 부분(52a)과 상기 제 4 부분(52b)은, 각각, 상기 광축에 대해 주변부와 중심부에 배치된 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 부분(51a') 및 상기 제 2 부분(51b')은, 상기 광축에 대해, 각각 중심부와 주변부이고, 상기 제 5 부분(51a') 및 상기 제 4 부분(52b')은, 상기 광축에 대해, 각각 중심부와 주변부에 배치된 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 부분(51a") 및 상기 제 2 부분(51b")은, 상기 광축에 대해, 각각 주변부와 중심부이고, 상기 제 5 부분(51a") 및 상기 제 4 부분(52b")은, 상기 광축에 대해, 각각 중심부와 주변부에 배치된 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  6. 제 3 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 부분(51a, 51a', 51a")은 상기 제 1 방사빔을 투과시키는 제 1 코팅재로 이루어지고,
    상기 제 2 부분(51b, 51b', 51b")은 상기 제 1 방사빔을 반사시키는 제 2 코팅재로 이루어지고,
    상기 제 3 부분(51c, 51c', 51c")은 상기 제 1 및 제 2 방사빔을 추가로 투과시키는 제 1 및 제 2 코팅재로 이루어지고,
    상기 제 4 부분(52b, 52b', 52b")은 상기 제 1 방사빔을 반사시키는 제 3 코팅재로 이루어지고,
    상기 제 5 부분(52a, 52a', 52a")은 상기 제 1 방사빔을 투과시키는 제 4 코팅재로 이루어지고,
    상기 제 6 부분(52c, 52c', 52c")은 상기 제 1 및 제 2 방사빔을 추가로 투과시키는 상기 제 1 및 제 2 코팅재로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 개구수(NA2)는, 상기 제 1 개구수(NA1)보다 작은 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 렌즈계는, 상기 제 1 대물렌즈(30, 30', 30")와 협동하여 더블릿-렌즈계를 구성하는 제 2 대물렌즈(31)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    검출계(39)가 포커스 오차신호(I포커스) 및/또는 반경방향 트랙킹 오차신호(I반경방향)를 제공하도록 더 배치되고, 상기 포커스 오차신호 및/또는 상기 반경방향 트랙킹 오차신호에 대응하여, 상기 제 1 및 제 2 정보층(23, 47)의 각 위치에 대해 상기 제 1 및 제 2 주사 스폿(36, 53)의 위치와, 주사하려고 하는 상기 제 1 및 제 2 정보층의 트랙의 위치를 제어하는 서보계(42A) 및 액추에이터(42B, 42C)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 정보층으로부터 추출된 정보의 오류 정정을 위한 정보처리부(42D)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  11. 제 1 방사빔(27)을 제 1 개구수(NA1)를 갖는 제 1 수속 방사빔(34)으로 변환하고, 제 2 방사빔(49)을 상기 제 1 개구수와 서로 다른 제 2 개구수(NA2)를 갖는 제 2 수속 방사빔(51)으로 변환하고,
    하나의 광축(33)을 갖고,
    상기 제 1 및 제 2 방사빔을 수신하는 입사면과, 상기 제 1 및 제 2 수속 방사빔을 출력하는 출사면을 갖고, 상기 제 1 및 제 2 방사빔을 투과시키는 제 1 대물렌즈(30, 30', 30")와,
    상기 제 1 대물렌즈의 입사면에 대향하도록 배치되고, 상기 제 1 방사빔을 투과시키는 제 1 부분(51a, 51a', 51a"), 상기 제 1 방사빔을 반사시키는 비중첩의 제 2 부분(51b, 51b', 51b") 및 상기 제 2 방사빔을 투과시키는 제 3 부분(51c, 51c', 51c")을 구비한 제 1 광학 구조체(51, 51', 51")와,
    상기 제 1 대물렌즈의 출사면에 대향하도록 배치되고, 상기 제 1 방사빔을반사시키는 제 4 부분(52b, 52b', 52b"), 상기 제 1 방사빔을 투과시키는 비중첩의 제 5 부분(52a, 52a', 52a") 및 상기 제 2 방사빔을 투과시키는 제 6 부분(52c, 52c', 52c")을 구비한 제 2 광학 구조체(52, 52', 52")를 구비한 것을 특징으로 하는 렌즈계(24).
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