KR20040014943A - 광학주사장치 - Google Patents

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KR20040014943A
KR20040014943A KR10-2003-7002748A KR20037002748A KR20040014943A KR 20040014943 A KR20040014943 A KR 20040014943A KR 20037002748 A KR20037002748 A KR 20037002748A KR 20040014943 A KR20040014943 A KR 20040014943A
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radiation beam
coma aberration
astigmatism
scanning device
optical
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KR10-2003-7002748A
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유트페트루스티.
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

광학주사장치(1)는, 방사빔(8)을 공급하는 방사원(4)과, 방사빔을 주사 스폿(14)으로 변환하는 렌즈계(5)와, 사분면 검출기(20), 제 1 크기의 코마수차(W31 a)를 발생하여 방사빔을 제 1 비점수차 방사빔(21)으로 변환하는 비점수차 발생부재(18) 및 제 2 크기의 코마수차(W31 b)를 발생하여 제 1 크기의 코마수차를 보상하는 코마수차 교정부재(19)를 포함하는 검출계(6)를 구비한다. 코마수차 교정부재는, 항 "A·r3·cos(θ)"를 포함하는 함수 "H(r,θ)"에 의해 정의되는 형태를 갖는 교정 표면(19A)을 포함하고, 이때 "H"는 렌즈계의 광축을 따른 상기 교정 표면의 위치이고, "r" 및 "θ"는 극좌표를 나타내며, "A"는 제 2 크기의 코마수차에 의존하는 제 1 상수를 나타낸다.

Description

광학주사장치{OPTICAL SCANNING DEVICE}
본 발명은, 광 기록매체의 정보층을 주사하며,
- 방사빔을 공급하는 방사원과,
- 상기 방사빔을 상기 정보층의 위치에 있는 주사 스폿으로 변환하며 광축을 갖는 렌즈계와,
- 상기 방사빔을 제 1 비점수차 방사빔으로 변환하며, 제 1 비점수차 방사빔이 코마수차를 포함하도록 제 1 크기의 코마수차를 발생하는 비점수차 발생부재와,
- 제 2 크기의 코마수차를 발생하여 상기 제 1 크기의 코마수차를 보상함으로써, 상기 제 1 비점수차 방사빔을 코마수차가 거의 없는 제 2 비점수차 방사빔으로 변환하는 코마수차 교정부재와,
- 상기 제 2 비점수차 방사빔을 전기신호로 변환하는 사분면 검출기를 포함하는 검출계를 구비한 광학주사장치에 관한 것이다.
"정보층의 주사"란, 다음을 위해 방사빔에 의해 주사하는 것을 말한다: 정보층으로부터의 정보의 판독("판독 모드"), 정보층에의 정보의 기록("기록 모드"), 및/또는 정보층으로부터 정보의 소거.
일반적으로 말하면, 서두에 기재된 형태를 갖는 종래의 광학주사장치에 있어서는, 주사하고자 하는 정보층의 초점에 주사 스폿을 유지하기 위해 "초점 에러신호"가 사용된다. 이와 같은 신호는 보통, 특히 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 종래의 "비점수차법"으로부터 생성된다. 이 비점수차법은 방사빔의 광경로에 광학수차인 비전수차의 자발적인 도입에 기반을 두고 있다. 통상적으로, 광축에 대해 45도의 각도로 기울어진 평판이 비점수차 발생부재로서 사용되어, 방사빔이 이 부재를 관통할 때, 비점수차가 발생된다.
더구나, 트랙 상에 주사 스폿을 유지하기 위해 "래디얼 트랙킹 에러신호"가 사용된다. 이 신호는 일반적으로, 특히 G. Bouwhuis, J. Braat, A. Huijser et al, "Principles of Optical Disc Systems," 70-73(Adam Hilger 1985)(ISBN 0-85274-785-3)에 공지된 종래의 "래디얼 푸시풀법"으로부터 생성된다.
이와 같은 종래의 광학주사장치가 갖는 문제점은, 평판이 비점수차 이외에, 추가적인 수차인 코마수차를 발생한다는 것이다. 코마수차는 자이델 계수 W31로 표현될 수 있다. 다음 식은 계수 W31의 파장 λ에 대해 정규화된 "제곱평균평방근" W31rms를 제공한다:
이때, "d"는 평판의 두께를 나타내고, "n"은 평탄의 굴절률을 표시하며, "α"는 (바람직하게는 45도의) 광축에 대한 평판의 각도를 나타내고, "NA"는 평판에 입사되는 방사빔의 개구수를 나타낸다. 추가적인 정보에 대해서는, 예를 들면 M. Bornand E. Wolf, "principles of Optics," 469-470(Pergamon Press)(ISBN 0-08-026482-4)를 참조하기 바란다.
사분면 검출기의 중심에 있는 스폿이 평판에 의해 발생된 코마수차의 크기로 인해 대칭이 되지 않기 때문에, 코마수차가 초점 트랙킹 신호에 영향을 미치므로, 이와 같은 코마수차의 존재는 바람직하지 않다.
이와 같은 문제에 대한 첫 번째 해결책은, (수학식 (1)에 주어진 W31의 형태로 표시될 수 있는) 코마수차의 발생된 크기가 두께 d에 비례하여 변하기 때문에, 평판의 두께 d를 줄이는 것이다.
그러나, 첫 번째 해결책은 다음과 같은 단점을 갖는다. 먼저, 평판이 자이델 계수 W22의 형태로 표현되는 비점수차 크기를 발생하기 때문에, 평판의 두께는 평판에 의해 발생된 비점수차의 크기에도 영향을 미친다. 다음 식은 파장 λ에 대해 정규화된 계수 W22의 "제곱평균평방근" W22rms를 나타낸다:
이때, "d", "n", "α" 및 "NA"는 수학식 (1)에서 정의된 것과 동일하다. 두 번째는, 박판도 상당한 양의 코마수차를 발생한다는 것이다. 예를 들면, 계산에 따르면, 1.1mm의 두께를 갖는 평판은 NA=0.135m α=45도, n=1.51의 경우에 71mλ rms의 코마수차 크기를 발생한다는 것이 밝혀졌다. 세 번째는, 기계적 제약, 특히 매체에 대한 굴곡 한계로 인해, 평판의 두께는 1mm보다 큰 것이 바람직하다.
두 번째 해결책은, (수학식 (1)에서 주어진 W31rms로 표시될 수 있는) 코마수차의 발생량이 개구수 NA에 따라 변하기 때문에, 평판에 입사되는 방사빔의 개구수 NA를 줄이는 것이다. 그러나, 두 번째 해결책도, 개구수 NA에 마찬가지로 의존하는 방사원과 관련된 레이저 출력을 줄인다는 문제점을 갖는다.
상기한 문제에 대해 다른 해결책들은 최신기술에 존재한다.
US 4,709,139에, 코마수차 교정부재가 렌즈계의 광축에 대해 비점수차 발생수재와 반대측으로 기울어진 평판으로 이루어지는 서두에 기재된 형태를 갖는 광학주사장치가 개시되어 있다. 그 결과, 비점수차 발생부재와 코마수차 교정부재는 동일한 방향으로 향하는 동일한 양의 비점수차와, 반대방향으로 향하는 같은 양의 코마수차를 발생하므로, 비점수차 발생부재에 의해 발생된 코마수차의 크기가 코마수차 교정부재에 의해 발생된 코마수차의 크기에 의해 상쇄된다.
그러나, US 4,209,139에 기재된 장치는, 공간을 차지하며 추가적인 비점수차를 발생하는 추가적인 평판을 필요로 하고, 사분면 검출기와의 초점 조정을 방해한다는 문제점을 갖고 있다.
US 5,496,993에는, 비점수차 발생부재가 평판으로 이루어지고 코마수차 교정부재가 쐐기 형태의 광학부재로 이루어진 서두에 기재된 형태를 갖는 광학주사장치가 개시되어 있다. 쐐기 형태의 부재는 평판의 경사 방향에 직경방향으로 대향하는 방향으로 기울어진 입사면을 가지므로, 평판에 의해 발생된 코마수차의 크기의 방향에 대해 직경방향으로 대향하는 코마수차의 크기를 발생한다. 즉, 쐐기 형태의 부재에 의해 발생된 코마수차의 크기는 평판에 의해 발생된 코마수차의 크기를 보상한다.
그러나, US 5,469,993에 기재된 장치는 단점을 갖는다. 특히, 코마수차 교정부재는 코마수차 이외에 추가적인 양의 비점수차를 발생한다.
결국, 본 발명의 목적은, 전술한 문제점을 해소하는 광학주사장치를 제공함에 있다.
본 발명에 따르면, 이들 목적은 서두에 기재된 것과 같은 광학주사장치에 의해 달성되는데 이 장치는, 상기 코마수차 교정부재가 항 "A·r3·cos(θ)"를 포함하는 함수 "H(r,θ)"에 의해 정의되는 형태를 갖는 교정 표면을 포함하고, 이때 "H"는 렌즈계의 광축을 따른 교정 표면의 위치이고, "r" 및 "θ"는 제 1 비점수차 방사빔의 단면의 극좌표를 나타내며, "A"는 코마수차 교정부재에 의해 발생된 코마수차의 크기에 의존하는 제 1 상수인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 광학주사장치의 바람직한 실시예에 있어서, 함수 "H(r,θ)"는 다음과 같이 정의되며:
이때, "B", "C" 및 "θo"는 각각 제 2 상수, 제 3 상수 및 제 4 상수를 나타낸다.
이와 같은 코마수차 교정부재의 이점은, 추가적인 양의 비점수차를 발생하지 않고, 비점수차 발생부재에 의해 발생된 비점수차의 크기에 영향을 미치지 않으면서, 제 1 양의 코마수차를 보상하는 제 2 양의 코마수차를 발생한다는 것이다.
이와 같은 코마수차 교정부재의 또 다른 이점은, 제 2 비점수차 방사빔이 더이상 코마수차에 의해 변형되지 않으므로, 반경 대 초점(radial-to-focus) 누화를 줄일 수 있다는 것이다.
이러한 코마수차 교정부재의 또 다른 이점은, 제 2 비점수차 방사빔이 기울어지지 않으므로, 사분면 검출기의 위치의 이동을 피하며, 그 결과 자유작업거리의 증가를 피할 수 있다는 것이다.
이러한 코마수차 교정부재의 이점은, 이 부재가 서보 렌즈의 입사면으로 형성될 수 있으므로, 서보 렌즈의 출사면이 예를 들면 음의 구면렌즈를 형성하는데 유리하게 사용될 수 있다는 것이다. 이것은, 렌즈계의 광축 방향으로 서보렌즈를 이동시킴으로써, 서보 렌즈가 비구면 렌즈로 이루어지지 않은 경우에는, 사분면 검출기를 이동시킴으로써, 사분면 검출기를 사용한 제 2 비점수차 방사빔의 초점 조정을 유리하게 제공하게 된다.
이와 같은 코마수차 교정부재의 또 다른 이점은, 사분면 검출기와의 스폿의 초점 조정을 위해 사용될 수 있다는 것이다.
본 발명의 목적, 이점 및 특징부는, 다음 도면에 도시된 이하의 본 발명의 더욱 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학주사장치의 구성요소의 개략도이고,
도 2는 도 1에 도시된 검출계의 구성요소의 개략도이며,
도 3, 도 4 및 도 5는 각각 도 2에 도시된 코마수차 교정부재의 제 1, 제 2 및 제 3 실시예의 단면도이고,
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명에 따른 교정을 사용하거나 사용하지 않았을 때의 사분면 검출기 상의 제 2 비점수차 방사빔의 단면도를 개략적으로 나타낸 것이며,
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명에 따른 교정을 사용하거나 사용하지 않았을 때의 사분면 검출기에 입사되는 방사빔에 대해 측정된 초점 S-곡선을 나타낸 것이다.
도 1은 광 기록매체(3)의 정보층(2)을 주사하는 본 발명에 따른 광학주사장치(1)의 광학 부품을 나타낸 개략도이다.
예시를 위해, 광 기록매체(3)는 그것의 일면에 정보층(2)이 배치되는 투명층(60)을 구비한다. 투명층의 반대측에 있는 정보층의 면은 보호층(61)에 의해 외부의 영향으로부터 보호된다. 투명층은 정보층에 대해 기계적 지지를 제공하여 광 기록매체에 대한 기판으로서의 역할을 한다. 이와 달리, 투명층은 정보층을 보호하는 유일한 기능을 하는 한편, 기계적 지지가 정보층의 타면에 있는 층, 예를 들면, 보호층 또는 최상 정보층에 연결된 추가적인 정보층과 투명층에 의해 제공될 수 있다. 정보층(2)은 복수의 트랙을 포함하는 매체(3)의 표면이 해당한다. "트랙"은 초점이 맞추어진 방사빔이 따르며 그 위에 정보를 표시하는 광학적으로 판독가능한 마크들이 배치되는 경로이다. 이들 마크들은, 예를 들면, 주변부와 다른 반사계수 또는 자화 방향을 갖는 복수의 피트 또는 영역의 형태를 가질 수 있다. 광 기록매체(3)가 디스크의 형태를 갖는 경우에는, 주어진 트랙에 대해 다음 사항이 규정된다: "반경 방향"은 트랙과 디스크의 중심 사이의 방향이고, "접선 방향"은 트랙에 접선에 위치하고 방향"에 수직한 방향이다.
주사과정중에, 기록매체(3)는 (도 1에 미도시된) 스핀들 상에서 회전하며, 그후 정보층(2)이 투명층(60)을 통해 주사된다.
도 1에 도시된 것과 같이, 광학주사장치(1)는 방사원(4), 광축 OO'를 갖는 렌즈계(5), 빔 스플리터(18) 및 검출계(6)를 구비한다. 광학주사장치(1)는, 바람직하게는 서보회로(6A), 초점 액추에이터(6B), 래디얼 액추에이터(6D) 및 오류정정용 정보처리부(6C)를 더 구비한다.
방사원(4)은 방사빔(8)을 공급하도록 구성된다. 바람직하게는, 방사원(4)은 선택된 파장 λ에서 방사빔(8)을 방출하는 적어도 1개의 반도체 레이저를 구비한다. 예를 들어, 광 기록매체(3)가 DVD 포맷을 갖는 경우에, 방사빔(8)의 파장 λ는 620 내지 70nm, 바람직하게는 660nm이다. 더욱 바람직하게는, 광학주사장치(1)는 중앙 방사빔, 즉 방사빔(8)으로부터 -1 및 +1차 회절된 빔으로서 제 1 및 제 2 위성 방사빔 10 및 11을 형성하는 격자 구조(9)를 더 구비한다.
빔 스플리터(18)는 렌즈계(5)를 향해 (위성 방사빔 10 및 11 뿐만 아니라) 방사빔(8)을 반사시키도록 배치된다. 바람직하게는, 빔 스플리터(18)는 광축 OO'에 대해 기울어진 평판으로 이루어져, 이 축에 대해 각도 α를 이룬다. 바람직하게는, 각도 α는 45도이다. 특히, 평판은 빔 스플리터의 기능 이외에 후술하는 것과 같이 비점수차를 발생하는데 사용된다.
렌즈계(5)는 (위성 방사빔 10 및 11 뿐만 아니라) 방사빔(8)을 초점이 맞추어진 방사빔(13)으로 변환하여, 정보층(2)의 위치에 주사 스폿(14)을 형성하도록 구성된다. 렌즈계(5)는 제 1 대물렌즈(15)를 구비하며, 바람직하게는 시준 렌즈(7)와 제 2 대물렌즈(16)를 더 구비한다. 바람직하게는, 제 2 대물렌즈(16)는 방사빔(8)의 개구수가 대략 0.85일 경우에 제 1 대물렌즈(15)와 함께 사용되는 한편, 방사빔(8)의 개구수가 0.45 내지 0.65에 속하는 경우에는 제 1 대물렌즈(15)만 사용된다.
시준렌즈(7)는, (위성 방사빔 10 및 11 뿐만 아니라) 방사빔(8)은 거의 평행광으로 변환된 빔(12)으로 변환한다.
제 1 대물렌즈(15)는 평행광으로 변환된 방사빔(12)을 수렴하는 방사빔(17)으로 변환하도록 구성된다. 더구나, 이 대물렌즈(15)는 바람직하게는 비구면이다.
제 2 대물렌즈(16)는 수렴하는 방사빔(17)을 초점이 맞추어진 방사빔(13)으로 변환하도록 구성된다. 이것은 대물렌즈(15)를 향하는 볼록면(15a)과 정보층(2)의 위치를 향하는 평탄면(15b)을 갖는 평볼록 렌즈로 이루어질 수 있다. 특히, 대물렌즈(16)는 대물렌즈 15와 협력하여, 단일 렌즈계보다 광학부재의 상호 위치에서 더 큰 공차를 유리하게 갖는 이중 렌즈계를 구성한다. 더구나, 이 대물렌즈(16)는 바람직하게는 비구면이다.
예시를 위해, 광 기록매체(3)가 DVD 포맷을 갖는 경우에, 초점이 맞추어진 빔(13)의 선택된 개구수는 "판독 모드"에 대해서는 0.60이고 "기록 모드"에 대해서는 0.65이다.
따라서, 주사중에, 초점이 맞추어진 방사빔(13)은 정보층(2) 상에서 반사되어, 전방 수렴빔(17)의 광경로 상으로 되돌아오는 반사빔을 형성한다. 렌즈계(5)는 반사된 방사빔을 제 1 수렴 반사된 방사빔(63)으로 변환한다. 최종적으로, 빔 스플리터(18)는 반사된 방사빔(63)의 적어도 일부분을 방사빔(21)의 형태로 검출계(6)를 향해 투과시킴으로써 반사된 방사빔(17)으로부터 전방 방사빔(8)을 분리한다.
검출계(6)는, 방사빔(21) 및 위성 방사빔들을 포착하고, 이들을 1개 이상의 전기신호로 변환하도록 구성된다. 이들 신호중 한 개는 정보신호 Idata로서, 이것의 값은 정보층(2) 상에 주사된 정보를 나타낸다. 정보신호 Idata는 오류정정을 위해 신호처리부(6C)에 의해 신호처리된다. 검출계(6)로부터의 다른 신호들은 초점에러신호 Ifocus및 래디얼 트랙킹 에러신호 Iradial이다. 신호 Ifocus는 주사 스폿(14)과 정보층(2)의 높이 사이의 (렌즈계(5)의 광축을 따른) 축방향의 높이차를 나타낸다. 바람직하게는, 이 신호는 전술한 것과 같이 "비점수차법"으로부터 형성된다. 래디얼 트랙킹 에러신호 Iradial은 주사 스폿(14)과 주사 스폿(14)에 뒤따르는 정보층(2) 내부의 트랙의 중심 사이의 정보층(2)의 평면에서의 거리를 나타낸다. 바람직하게는, 이 신호는 전술한 것과 같은 "레디얼 푸시풀법"으로부터 형성된다.
서보회로(6A)는, 신호 Ifocus및 Iradial에 응답하여, 초점 액추에이터(6B) 및 래디얼 액추에이터(6D)를 각각 제어하는 서보 제어신호 Icontrol을 공급하도록 구성된다. 초점 액추에이터(6B)는, 렌즈계(5)의 광축을 따라 대물렌즈들 15 및 16의 위치를 제어함으로써, 주사 스폿의 위치가 정보층(2)의 평면과 거의 일치하도록 주사스폿(14)의 위치를 제어한다. 래디얼 액추에이터(6D)는 렌즈계(5)의 광축에 수직한 방향으로 대물렌즈들 15 및 16의 위치를 제어함으로써, 주사 스폿(14)이 정보층(2) 내부에 뒤따르게 될 트랙의 중심선과 거의 일치하도록 주사 스폿(14)의 반경방향의 위치를 제어한다.
도 2는 도 1에 도시된 검출계(6)의 개략도로서, 검출계(6)가 비점수차 발생부재(바람직하게는, 빔 스플리터(18)로 이루어진다), 코마수차 교정부재(19)와 사분면 검출기(20)를 구비한 것이 상세히 도시되어 있다. 순수하게 임의의 선택사항으로서, 부호 "Z축"은 렌즈계(5)의 광축 OO'의 방향을 나타내고, 부호 "X축" 및 "Y축"은 각각 반경방향 및 접선 방향에 해당하는 사분면 검출기(12)의 2가지 방향을 표시한다.
비점수차 발생부재(18)는, 방사빔(8)을 제 1 비점수차 방사빔(21)으로 변환하도록 구성된다. 더구나, 비전수차 발생부재(18)는, 비점수차 방사빔(21)이 코마수차를 포함하도록 제 1 양의 코마수차를 발생한다. 비점수차 발생부재가 빔 스플리터(18)를 구성하는 평탄으로 이루어진 바람직한 경우에는, 평판이 전술한 것과 같이 바람직하게는 45도인 Z축과의 각도 α를 이룬다. 이와 같은 바람직한 경우에, 상기한 코마수차의 제 1 크기는 수학식 (1)에 주어진 것과 유사하게 자이델 계수 W31rms a의 형태로 표시될 수 있다.
코마수차 교정부재(19)는, 상기한 제 1 양의 코마수차(즉, 바람직한 경우에는, W31rms a)를 보상하기 위해 제 2 양의 코마수차를 발생함으로써, 비점수차방사빔(21)을 코마수차가 거의 없는 제 2 비점수차 방사빔(22)으로 변환한다(이때, 용어 "거의"란 아래에서 설명된다). 이하에서는, 상기한 제 2 양의 코마수차는 자이델 계수 W31 b의 제곱평균평방근 W31rms b로 표시될 수 있다. 더구나, 코마수차 교정부재(19)는 항 "A·r3·cos(θ)"를 포함하는 함수 "H(r,θ)"로 정의되는 형태를 갖는 교정 표면(19A)으로 이루어지며, 이때, "H"는 렌즈계의 광축을 따른 교정 표면의 위치이고, "r" 및 "θ"는 비점수차 방사빔(210의 단면에서의 극좌표를 나타내며, "A"는 코마수차 교정부재(19)에 의해 발생된 코마수차의 양(즉, 이하에서 더욱 상세히 설명하는 정규화된 제곱평균평방근 W31rms b)에 의존하는 제 1 상수를 나타낸다.
광학주사장치(1)의 바람직한 실시예에 있어서, 함수 "H(r,θ)"는 다음과 같이 정의된다:
이때, "H", "r" 및 "θ"는 전술한 것과 같고, "B", "C" 및 "θo"는 각각 제 2 상수, 제 3 상수 및 제 4 상수를 나타낸다.
광학주사장치(1)의 바람직한 실시예에 있어서, 교정 표면(19A)은 렌즈(19')의 입사면, 따라서 렌즈(19')의 출사면(19B)으로 형성되어, 추가적인 광학 기능을 제공한다. 예를 들면, 출사면(19B)은 구형 렌즈를 형성하기 위해 구형으로 굴곡될 수 있다. 교정 표면(19A)의 3가지 실시예를 포함하는 렌즈(19')의 3가지 실시예는 이하에서 설명한다.
사분면 검출기(20)는 비점수차 방사빔(22)을 신호 Idata, Ifocus및 Iraial로 변환하도록 구성된다. "비점수차법"에 따라 신호 Ifocus를 발생하기 위해, 사분면 검출기(20)는, (a) 4개의 검출신호 IC1, Ic2, Ic3및 Ic4를 출력하기 위한 4개의 제 1 방사선 감지 검출소자 C1 내지 C4(도 2에 도시)와, b) 신호 Ic1내지 Ic4에 응답하여, 신호 Idata및 Ifocus를 출력하는 재 1 전자회로를 구비한다. 공지된 "래디얼 푸시풀법"에 따라 래디얼 트랙킹 에러신호 Iradial을 발생하기 위해, 검출계(39)는 제 2 방사선 감지 검출소자와 이들 검출소자의 출력신호에 응답하여 신호 Iradial을 출력하는 제 2 전자회로를 구비한다.
이하, 교정표면(19A)의 3가지 실시예를 포함하는 렌즈(19')의 3가지 실시예를 상세히 설명한다. 도 3 내지 도 5는 제 1 및 제 3 실시예의 교정 표면(19A)을 각각 포함하는 렌즈(19')의 제 1 실시예, 제 2 실시예 및 제 3 실시예의 단면도를 나타낸 것이다. 참조번호 19'1, 19'2 및 19'3은 각각 렌즈(19')의 제 1, 제 2 및 제 3 실시예를 나타내고, 참조번호 19A1, 19A2 및 19A3는 각각 교정 표면(19A)의 제 1, 제 2 및 제 3 실시예를 나타내며, 참조번호 19B1, 19B2 및 19B3는 각각 렌즈들 19'1, 19'2 및 19'3의 출사면의 제 1, 제 2 및 제 3 실시예를 나타낸다.
도 3을 참조하여, 수학식 (3)에서 A≠0, B =0 및 C=0인 경우에, 교정 표면 19A1은 다음 식에 해당한다:
이때, "A1"은 수학식 (3)에 대해 정의된 상수 "A"에 해당한다. 전술한 것과 같이, A1은 W31rms b에 의존하며, 특히 이것은 다음 식으로 주어진다.
이때, "W31rms b"는 교정 표면 19A1에 의해 발생된 코마수차의 양 W31 b와 관련된 "제곱평균평방근" 값이고, "λ"는 비점수차 방사빔(22)의 파장이며, "L"은 교정 표면 19A1으로부터 (도 3에 도시된) 구면 렌즈 19B1의 대물계까지의 거리이고, "NA"는 비점수차 방사빔(22)의 개구수이며, "nlens"는 렌즈 19'1의 굴절률이다. 더구나, 평판(18)에 의해 발생된 코마수차의 크기를 보상하기 위해, 수학식 (3)의 값 W31rms b는 이상적으로는 수학식 (1)에 주어진 "제곱평균평방근" 값 W31rms a와 동일하다.
예시를 위해, 수학식 (1)에서 d=1.1mm, NA=0.135, α=45도 및 n=1.51인 경우, 값 W31rms a는 71mλ rms가 된다. 그리고, nlens=1.57, NA=0.16, λ=790nm, L=2.8mm이면, 상수 A1의 이상적인 값 A1ideal은 최종적으로 W31rms b가 이상적으로 71mλrms와 동일한 수학식 (5)로부터 알게 된다. 실제로, 이상값 A1ideal은 얻어질 수 없으며,파라미터의 실제값 A1actual은 코마수차의 제 1 크기 W31 a를 보상하여, 거의 코마수차가 없는 제 2 비점수차 방사빔(22)을 형성한다. 예를 들어, A1actual=0.1mm-2인 경우에, 결과적으로 얻어진 값 W31rms b는 71mλ rms가 된다. 즉, 이상값과 실제값 사이의 5mλ의 차이는 허용될 수 있는데, 본 명세서에서, "코마수차가 거의 없다"는 것은, 비점수차 방사빔(22) 내부의 결과적으로 발생된 코마수차의 양의 "제곱평균평방근"값이 10mλ rms보다 작다는 것을 의미한다.
도 4를 참조하면, 수학식 (3)에서 A≠0, B≠0 및 C=0인 경우에, 교정 표면 19A2는 다음 식에 해당한다:
이때, "A2" 및 "B2"는 각각 수학식 (3)에 대해 정의된 상수 "A" 및 "B"에 해당한다. 비점수차 발생부재(18)가 평판으로 이루어진 경우에는, 상수 A2가 도 3을 참조하여 설명한 것과 같이 계산될 수 있다. 상수 B2는 Y 방향으로 항 "A·r·cos(θ)"에 의해 굴곡진 교정 표면의 평균 경사도를 보상하기 위한 교정 표면 19A2의 일정한 경사도를 나타내는데, 이것은 보통 1도보다 작다. 특히, 일정한 경사도는 코마수차에 거의 영향을 미치지 않지만, 교정 표면(19A2)을 몰드 제조면에서 표면 19A1에 대해 유리하게 만든다. 이와 같은 원통형 표면을 형성하는 또 다른 이점은, 이 표면이 평판에 의해 발생된 크기 이외에, 제 2 크기의 비점수차를 발생한다는 것이다.
도 5를 참조하면, 수학식 (3)에서 A≠0, B≠0, C≠0 및 θo=0인 경우에, 교정 표면 19A3는 다음 식에 해당한다:
이때, "A3", "B3" 및 "C3"는 각각 수학식 (3)에 대해 정의된 상수 "A", "B" 및 "C"에 해당한다. 특히, "C3·r2cos2(θ)" 항은 평판(18)에 의해 발생된 비점수차의 양, 즉 수학식 (2)에서 표시된 W22에 추가되는 비점수차의 추가량을 발생하는 원통형 표면을 나타내는데, 이때 계수 C3는 다음과 같이 표시될 수 있다:
이때, "Rcyl"은 원통형 표면과 관련된 원통체의 반경이다.
이와 달리, C≒0 및 θo≠0인 경우에, 해당하는 원통형 표면의 방위각은 Y 방향에 대해 각도 θo를 이룬다. 이것은, 평판(18)으로부터 나온 비점수차 방사빔(21)의 초점 라인의 회전을 유리하게 일으킨다.
예시를 위해, 광학주사장치(1)의 동작, 특히 방사빔(21)에 비치는 코마수차 교정부재(19)의 효과를 이하에서 설명한다. 도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명에 따른 교정을 사용하거나 사용하지 않았을 때의 사분면 검출기(20) 상의 방사빔(22)의 단면의 개략도이다. 도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명에 따른 교정을 사용하거나 사용하지 않았을 때의 사분면 검출기에 입사되는 방사빔(22)에 대한 (시뮬레이션에 의해 발생된) 초점 S 곡선을 나타낸 것이다.
도 6a 및 도 6b는 방사빔(22)의 광선과 사분면 검출기(20)의 교점을 나타낸 점들이다. 도 6a를 참조하면, 본 발명에 따른 코마수차 교정을 상용한 비점수차 방사빔(22)은 빔의 중심에 대해 거의 대칭이다. 도 6b를 참조하면, 본 발명에 따른 교정을 사용하지 않은 비점수차 방사빔(22)은 코마수차의 제 1 크기에 의해 영향을 받으며, 그 결과 빔의 중심에 대해 대칭이 된다.
도 7a 및 도 7b와 관련하여, (신호 Ifocus의 최대값에 대한) 초점-S 곡선의 정규화된 값 FE는 다음 식에 따라 검출신호 Ic1내지 Ic4의 측정으로부터 유도된다:
도 7a을 참조하면, 본 발명에 따른 교정을 사용한 비점수차 방사빔(22)과 관련된 초점-S 곡선(61)은 FE=0에 해당하는 점에 해대 거의 대칭을 이룬다.
도 7b를 참조하면, 본 발명에 따른 교정을 사용하지 않은 비점수차 방사빔(22)과 관련된 초점-S 곡선(62)은 방사빔(22) 내부의 코마수차의 존재에 의해 영향을 받는 피크(63)를 갖는다. 이와 같은 피크의 존재의 문제점은, 광학주사장치가 초크(chock)에 대해 매우 민감하다는 것이라는 점은 당업자에게 있어서 자명하다.
이와 같은 교정부재의 이점은, 초점 조정을 위해 사분면 검출기(20)에 대해 렌즈(19')의 위치를 조정할 때, 이것이 교정부재에 의해 발생된 코마수차의 양에사소한 변화만을 일으킨다는 것이다. 예를 들면, 계산에 따르면, 축 O'을 따른 렌즈(19')의 위치의 변화 0.2mm는 71mλ rms에 대해 중요하지 않은 것으로 생각되는 발생된 코마수차의 양에 0.2mm의 변화를 일으키는 것으로 밝혀졌다.
이때, 전술한 실시예와 관련하여, 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 변화 및 변형이 이루어질 수 있다는 것은 자명하다.
이에 대한 대안으로서, 코마수차 교정부재는, 평판 이외의 코마수차를 더 발생하는 비점수차 발생부재와 결합될 수 있다.
이와 달리, 상기한 광학주사장치는 다중트랙 주사를 동시에 수행할 수 있는 형태를 가질 수 있다. 이것은, 예를 들어 US 4,449,212에 기재된 것과 같이 "판독 모드"에서 데이터 판독을 향상시키고, 및/또는 "기록 모드"에서 기록 속도를 향상시킨다. US 4,449,212에 따른 다중트랙 배치의 설명내용은 참조를 위해 본 명세서 내부에 통합된다.

Claims (6)

  1. 광 기록매체(3)의 정보층(2)을 주사하며,
    - 방사빔(8)을 공급하는 방사원(4)과,
    - 상기 방사빔을 상기 정보층의 위치에 있는 주사 스폿(14)으로 변환하며 광축(OO')을 갖는 렌즈계(5)와,
    - 상기 방사빔을 제 1 비점수차 방사빔(21)으로 변환하며, 제 1 비점수차 방사빔이 코마수차를 포함하도록 제 1 크기의 코마수차(W31 a)를 발생하는 비점수차 발생부재(18)와,
    - 제 2 크기의 코마수차(W31 b)를 발생하여 상기 제 1 크기의 코마수차를 보상함으로써, 상기 제 1 비점수차 방사빔을 코마수차가 거의 없는 제 2 비점수차 방사빔(22)으로 변환하는 코마수차 교정부재(19)와,
    - 상기 제 2 비점수차 방사빔을 전기신호로 변환하는 사분면 검출기(20)를 포함하는 검출계(6)를 구비한 광학주사장치에 있어서,
    상기 코마수차 교정부재가 항 A·r3·cos(θ)를 포함하는 함수 H(r,θ)에 의해 정의되는 형태를 갖는 교정 표면(19A)을 포함하고, 이때 "H"는 상기 렌즈계의 광축을 따른 상기 교정 표면의 위치이고, "r" 및 "θ"는 상기 제 1 비점수차 방사빔의 단면의 극좌표를 나타내며, "A"는 상기 코마수차의 크기에 의존하는 제 1 상수인 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1).
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 함수 "H(r,θ)"는 다음과 같이 정의되며:
    이때, "B", "C" 및 "θo"는 각각 제 2 상수, 제 3 상수 및 제 4 상수를 나타내는 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1).
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 비점수차 발생부재(18)는 상기 광축(OO')에 대해 소정의 각도(α)만큼 경사진 평판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1).
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 교정 표면(19A)은 렌즈(19')의 입사면으로 형성되고, 상기 렌즈는 비등방적으로 굴곡진 출사면(19B)을 갖는 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1).
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 검출계(6)는 초점 에러신호(Ifocus) 및/또는 래디얼 트랙킹 에러신호(Iradial)를 제공하도록 더 구성되고, 이 검출계는 상기 초점 에러신호 및/또는 상기 래디얼 트랙킹 에러신호에 응답하여 상기 정보층(2)에 대한 상기 주사 스폿(14)의 위치 및/또는 주사하고자 하는 상기 정보층의 트랙의 위치를 제어하는 서보회로(6A)와 액추에이터(6B)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1).
  6. 제 1항에 있어서,
    오류정정용 정보처리부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1).
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