KR20040039371A

KR20040039371A - 광학주사장치

Info

Publication number: KR20040039371A
Application number: KR10-2004-7003934A
Authority: KR
Inventors: 드브리에스요오스트이; 헨드릭스베르나르두스에이치.더블유.
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2004-05-10
Also published as: JP2005503637A; CN100367382C; WO2003025921A1; US20060164950A1; CN1556985A; US7362688B2; EP1433172A1

Abstract

제 1 및 제 2 모드에서 제 1 형태의 기록매체(13) 및 제 2 형태의 기록매체(27)를 각각 주사하는 광학주사장치는, 제 1 모드에서 적어도 제 1 파장을 갖고 제 2 모드에서 적어도 제 2 파장을 갖는 방사빔(2, 21)을 발생하는 방사빔 발생장치(1, 20)를 구비한다. 이 장치는, 제 1 모드에서 제 1 형태의 기록매체 상에 제 1 파장의 방사빔(2)의 초점(16)을 맞추고 제 2 모드에서 제 2 형태의 기록매체(27) 상에 제 2 파장의 방사빔(21)의 초점(30)을 맞추는 대물계(11)를 더 구비한다. 이 광학주사장치는, 제 2 파장의 방사빔(21) 내부에 폭주와 수차를 도입하는 방사빔(2, 21) 내부에 존재하는 구조를 갖는 광학부재(10)를 더 구비한다. 수차는, 적어도 2개의 항 a2ρ²와 a4ρ⁴를 갖는 다항식으로서 표시될 수 있다. a2=0 및 a4=0인 경우에, A4 및 A2의 대응하는 값들은 각각 a40 및 a20으로 주어진다. a2, a4, a20 및 a40은, 관계식 0.9<((a2/a20)+(a4/a40))<1.1 뿐만 아니라, 관계식 0.20<(a2/a20)<0.90(a4<0일 때) 또는 관계식 1.05<(a2/a20)<2.00(a4>0일 때)을 만족한다.

Description

광학주사장치{OPTICAL SCANNING DEVICE}

본 발명은, 제 1 및 제 2 모드에서 제 1 및 제 2 형태의 기록매체를 각각 주사하고, 제 1 모드에서 적어도 제 1 파장을 갖고 제 2 모드에서 적어도 제 2 파장을 갖는 방사빔을 발생하는 방사빔 발생장치와, 제 1 모드에서 제 1 형태의 기록매체 상의 초점에 제 1 파장의 방사빔을 형성하고 제 2 모드에서 제 2 형태의 기록매체 상의 초점에 제 2 파장의 방사빔을 형성하는 대물계와, 대물계의 구성요소들과 떨어져서 방사빔 내부에 배치되어, 제 2 파장의 방사빔 내부에 수차를 도입하는 구조화된 광학부재를 구비한 광학주사장치에 관한 것이다.

이와 같은 형태의 광학주사장치는 미국 특허 6,067,283에 공지되어 있다. 본 특허에는, CD들과 DVD들을 재생하는데 호환가능한 이와 같은 광학주사장치가 개시되어 있다. CD와 DVD의 구조를 비교하면, DVD의 외부 표면과 정보가 기록된 면 사이의 거리로서, 투명층의 두께로 이루어진 거리가 0.6mm인 것을 알 수 있다. CD에서는, 동일한 거리가 1.2mm의 투명층의 두께와 같다. 정보가 기록된 층의 영역에 있는 초점에 방사빔이 수렴되는 광학주사장치를 사용할 때, 이 광학주사장치가 DVD들을 주사하도록 변형되면, CD들에 있는 더 큰 두께의 투명층이 파면의 수차를 일으키게 된다. 미국특허 6,067,283에는, 발생된 수차에 대해 더 기재되어 있지는 않다. 이 특허문헌에는, 별개의 광학부재 상의 홀로그램을 사용하는 것 이외는, 수차를 제거하는 방법이 개시되어 있지도 않다. 이 특허에서 주어진 설명은, 본 기술분야의 당업자로 하여금 전술한 문제점의 정확한 해결책에 대해 불확실하게 만든다는 것을 이하의 내용으로부터 알 수 있다.

상기한 US 특허에 기재된 것과 같이, 별개의 평판 상의 회절 구조, 즉 대물계 그 자체나 대물계 자체의 렌즈 상에 배치되지 않은 구조를 사용하는 경우에는, 수차와 관련된 위상 교정을 위한 2가지 방법이 당업자에게 알려져 있다. 처음의 상황은, 광학주사장치가 추가적인 교정이 없이 DVD들을 주사하도록 변형되고, CD들을 주사하는데 교정이 필요하다는 것이다. 광학주사장치가 추가적인 교정없이 CD들을 주사하도록 구성되고 DVD들에 대해 교정이 필요한 반대의 상황은, 이하의 설명으로부터 당업자에게 자명하므로, 더 이상 설명하지 않는다.

첫째, 회절구조는 CD들에 대한 위상 교정값이 2제곱 함수 모듈로(modulo) 2π를 따르도록 구성될 수 있는데, 이것은 회절구조가 중심으로부터의 반경 거리가 증가함에 따라 2차 방정식 형태로 더 작아지는 주기를 갖는다는 것을 의미한다. 그 결과, 수렴이 더욱 더 작아지고 발산이 더욱 더 커지는 빔이 형성되어, 광원이 겉보기에는 대물계 자체에 대해 더 이상 무한히 떨어져 있지 않고, 겉보기에 유한한 거리에 존재하게 된다. 그 결과, 대물계에 구면수차가 존재하게 된다. 이와 같은 구조의 중심까지의 거리에 따라 회절구조의 주기의 변동을 정확히 선택함으로써, 공역 시스템의 유한성의 결과로써 대물계에서 발생되는 구면수차에 의해, CD들에서 투명층의 더 큰 두께에 기인한 구면수차가 보상되는 대물계에 대한 공역거리가 결정된다.

두 번째, 회절 구조가, CD들에 대한 위상 교정값이 4제곱 함수 모듈로 2π를 따르도록 구성될 수도 있다. 이에 따르면, 회절 구조 내부에, 그리고 회절 구조 그 자체에 의해 구면수차가 형성되는 한편, 빔의 폭주(vergence)가 변하지 않으며, 방사빔 내부에 도입되고 회절 구조에 형성된 구면수차가 충분하고 반대의 부호를 가지므로, CD들 상의 투명층의 더 큰 두께에 기인한 구면수차를 보상한다.

전술한 종래의 해결책, 즉 폭주 변경을 도입하는 것이나, 폭주의 변경없이 방사빔의 수차 상태 변경하는 것은 다음과 같은 문제점을 갖는다.

회절 구조가 위상 교정값이 2제곱 함수 모듈로 2π를 따르도록 구성된 경우에는, 회절 구조의 반경방향으로의 배치는 그다지 중대한 것이 아니다. 그러나, 회절구조와 대물계 사이에서의 반사빔의 폭주 변경으로 인해, 아베(abbe) 사인 조건이 더 이상 충족되지 않는다. 그 결과, 대물계의 축의 바깥에서 코마수차의 형태를 갖는 매우 큰 수차가 생성된다.

이에 반해, 위상 교정값이 4제곱 함수 모듈로 2π를 따르도록 구성된 회절 구조는, 회절 구조와 렌즈의 조합으로 인해 사인 조건을 따르며, 대물계의 축의 외부에서의 코마수차의 형태를 갖는 수차의 크기가 줄어든다. 그러나, 이와 같은 경우에, 회절 구조와 대물계의 서로에 대한 횡방향, 즉 반경방향의 변위에 대한 허용오차가 극히 중요하다.

위상 교정값을 제공하기 위한 상기한 회절 구조 이외에, 위상 교정값을 제공하는 비회절 구조가 알려져 있다. 이것의 일례가 유럽특허출원 EP 0 865 037 A1에 기재되어 있다. 이 출원은, 계단 형태의 비주기적 환형 구역들을 갖는 구조에 관한것이다. 이들 구조에 대해서는, 이상 교정이 2제곱 함수 모듈로 2π를 따르도록 구성된 구조가 대물계의 축 외부에 코마수차의 형태를 갖는 다양의 수차를 일으킨다는 사실도 성립한다.

또한, 위상 교정값이 4제곱 함수 모듈로 2π를 따르도록 구성된 비주기적 구조는, 이 구조와 대물계의 서로에 대한 횡방향, 즉 반경방향의 변위에 대해 극히 중대한 허용오차를 일으킨다는 사실도 성립한다.

결국, 본 발명의 목적은, 구조와 대물계의 서로에 대한 횡방향, 즉 반경방향의 위치에 대해, 그리고 대물계의 축 외부의 코마수차의 크기와 관련하여, 크게 영향을 받지 않는 광학주사장치를 제공함에 있다.

본 발명에 따르면, 상기한 목적은, 제 2 파장에 대해 별개의 구조화된 광학부재에 의해 도입된 수차가 폭주 변화와 구면수차 모두를 포함하는 구성으로 달성된다.

이에 따르면, 전술한 구조가 4제곱 함수 모듈로 2π만을 사용하여 위상 교정값을 생성할 때에 비해, 구조화된 광학부재의 반경방향의 위치의 감도가 뜻밖으로 상당히 작아지게 된다. 이에 반해, 축 외부의 코마수차의 양이, 2제곱 함수 모듈로 2π를 사용하여 위상 교정값을 발생하는 회절 구조에서 발생된 코마수차의 양에 비해 뜻밖으로 상당히 작다는 것도 밝혀졌다. 따라서, CD들과 DVD들의 투명층의 두께 차이로 인한(즉, 폭주 변화로 인한 수차에 의한 보상후에) 구면수차가, 구조화된 광학부재가 관통하여 진행하는 빔의 폭주 변화를 발생하는 사실로 인해 대물계 내부에서 발생된 수차에 의해 일부가 제거되며, 구조화된 광학부재에 의해 도입된 구면수차가 두께 차이에 의해 도입된 잔류하는 수차와 일치하고 반대가 되므로, 나머지의 잔류 부분이 제거된다.

본 발명에 따른 광학주사장치의 바람직한 실시예는, 제 2 파장에 대해 별개의 구조화된 광학부재에 의해 도입된 수차의 위상 함수가, 적어도 2개의 항 a2*ρ²와 a4*ρ⁴를 갖는 다항식으로서 정규화된 동공 광속(pupil ray)의 함수로서 표시될 수 있다는 것을 특징으로 한다.

회절 표면은, 위상=c₂r+c₄r/4의 형태를 갖는 다항식 위상 함수로 기재되는 국제특허출원 WO99/57720으로부터 공지되어 있다. 이때, c₂는 색수차에 대한 교정값을 조절하는 회절강도 항을 구성하고, c₄는 구면수차에 대한 교정값을 조절하는 비구면 강도 항이다. 상기한 국제특허출원에서 주어진 수치값들은 단위가 없이 주어졌다. 따라서, 계수값 c₂와 c₄에 대해 주어진 값의 의미를 이해하는 것이 불가능하다. 더구나, 상기한 국제특허출원에 기재된 회절 구조는 대물계의 구성요소의 입사면에 설치된다. 이와 같은 설치는, 본 발명이 해결책을 제공하고자 하는 문제점, 즉 렌즈 상에 배치되지 않은 별개의 구조화된 광학부재의 횡방향 변위에 대한 극히 중대한 허용오차가 전혀 발생하지 않도록 정밀하게 행해질 수도 있다.

이에 따르면, 구조화된 부재에 설치하고자 하는 구조가 구조화된 광학부재를 통과하는 빔 내부에 폭주 변화와 구면수차 모두를 매우 간단하게 발생하게 된다.

본 발명에 따른 광학주사장치의 또 다른 바람직한 실시예는, a20 및 a40은,a4=0 및 a2=0인 경우에, 각각 전체 구면수차를 교정하는데 필요한 a2 및 a4의 값이며, a2 및 a4는 관계식 0.9<((a2/a20)+(a4/a40))<1.1로 정의되는 것을 특징으로 한다.

빔의 폭주 변경으로 인해 대물렌즈에 의해 도입된 구면수차의 크기와, 구조화된 광학부재 그 자체에 의해 빔 내부에 도입되는 수차의 크기 사이에, 일정한 균형에 이른다.

본 발명에 따른 광학주사장치의 또 다른 바람직한 실시예는, a2 및 a20이, a4<0인 경우에는 관계식 0.20<(a2/a20)<0.9에 의해, 또는 a4>0인 경우에는 관계식 1.05<(a2/a20)<2.00에 의해 정의되는 것을 특징으로 한다.

이에 따르면, 구조화된 광학부재에 의해 도입된 폭주 변경으로 인해 대물계에 의해 도입된 수차의 크기와, 구조화된 광학부재 그 자체에 의해 도입된 수차의 크기 사이에, 더욱 큰 크기의 균형이 달성된다.

따라서, 특정한 광학주사장치에 부과된 요구조건에 의존하여, 2제곱 및 4제곱 함수들의 특정한 조합을 따르는 위상 교정값이 제공될 수 있게 된다. 이와 같은 위상 교정값들은, 구조화된 광학부재의 횡방향 위치에 상당한 허용오차를 제공할 뿐만 아니라, 코마수차의 형태를 갖는 작은 크기의 수차를 제공하게 된다.

본 발명의 이들 발명내용과 또 다른 발명내용은, 이하에서 설명되는 실시예들을 참조하여 더욱 더 명백해질 것이다.

도면에서,

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 주사장치를 나타낸 것이고,

도 2a는 구조물을 갖는 평판, 대물계와, DVD 상의 투명층을 통한 단면도를 나타낸 것이며,

도 2b는 구조물을 갖는 평판, 대물계와, CD 상의 투명층을 통한 단면도를 나타낸 것이고,

도 3a는 DVD에 대한 광경로 길이 차이를 나타낸 것이며,

도 3b는 CD에 대한 광경로 길이 차이를 나타낸 것이고,

도 4a는 대물계에 대해 회절 구조를 갖는 평판의 0.05mm의 횡방향 변위를 갖는 CD에 대한 광경로 길이 차이를 나타낸 것이며,

도 4b는 0.5°의 시야(field)를 갖는 CD의 경우에 대한 광경로 길이 차이를 나타낸 것이고,

도 5는 변위와 시야로 인한 각 실시예에 대한 코마수차의 크기를 나타낸 4가지 다른 실시예에 대한 테이블을 나타낸 것이며,

도 6은 본 발명의 요구조건을 충족하지 않는 2가지 구조에 대한 도 5와 유사한 표를 나타낸 것이다.

도 1a는 본 발명에 따른 광학주사장치의 일 실시예를 나타낸 것이다. 이 장치는, 짧은 파장을 갖는 제 1 형태의 기록매체 상에 정보를 판독 및 기록하는 광경로와, 긴 파장을 갖는 제 2 형태의 기록매체를 판독하는 광경로를 갖는다. 광경로는, 예를 들면, 650nm의 제 1 파장을 갖는 선편광된 발산 방사빔(2)을 방출하는 방사원(1), 예를 들면 반도체 레이저를 구비한다. 빔은, 방사빔에 대해 높은 투과율을 갖는 편광 빔 스플리터(5)를 통과한다. 시준렌즈(6)는 방사빔(2)을 평행광으로 변환된 빔(7)으로 수렴시킨다. 본 발명에 따른 구조를 갖는 평판(10)은 빔(2)에 대해 완전히 투명하다. 대물렌즈(1)는 평행광으로 변환된 빔(7)을 기록매체(13)를 주사하는 수렴 빔(12)으로 변화시킨다. 기록매체(13)는, 고밀도를 갖는 제 1 형태를 가지며, 예를 들면 0.6mm의 두께를 갖는 투명층(14)과, 수렴 빔(12)이 초점(16)으로 형성되는 정보층(15)을 구비한다. 반사빔은 시준렌즈(6)에 의해 평행광으로 되고, 편광 빔 스플리터(5)를 통과한다. 반사빔은 검출기(19)에 입사하고, 이 검출기는 출력신호로서 정보신호를 공급하여, 정보층(15)에 저장된 정보를 표시한다.

제 2 형태의 기록매체를 주사하는데 사용되는 제 2 모드의 광경로는, 도 1b에 도시되어 있으며, 예를 들면, 780nm의 제 2 파장을 갖는 선편광된 발산 방사빔(21)을 방출하는 방사원(20), 예를 들면 반도체 레이저를 구비한다. 시준렌즈(6)는 방사빔(21)을 평행광으로 변환된 빔(25)으로 수렴시킨다. 구조를 갖는 평판(10)은 이 빔 21에 폭주와 구면수차를 추가한다. 대물렌즈(11)는 이 평행광으로 변환된 빔(25)을 수렴 빔(26)으로 변화시킨다. 일반적으로, 빔 26은 빔 12보다 작은 개구수를 갖는다. 수렴 빔(26)은 제 2 형태를 갖는 기록매체(27)를 주사하는데 적합하다. 이 기록매체(27)는, 예를 들면 1.2mm의 두께를 갖는 투명층(28)과, 정보층(29)을 갖는다. 수렴 빔(26)은 정보층(29) 상의 초점(30)이 된다. 정보층(29)에 의해 반사된 방사빔은 빔 26 및 21의 경로를 따라 복귀하여, 이색성 빔 스플리터(8)에 의해 네가티브 렌즈(18)와 검출계(19)로 건네진다.

대물렌즈(11)는, 제 1 모드에서 투명층(14)을 통해 제 1 파장의 평행광으로 변환된 빔(7)을 수렴시켜, 정보층(15)에 초점(16)을 형성하도록 설계된다. 투명층(14)을 통과할 때 수렴 빔(12)에 의해 유지된 구면수차는 대물렌즈(11)에서 보상된다. 대물렌즈는 아베 사인 조건을 만족한다. 기록매체의 특정한 실시예에서, 투명층(14)이 존재하지 않으면, 대물렌즈(11)는 구면수차가 보상되어서는 안된다. 제 2 모드에서, 방사빔은 투명층 14의 두께와 다른 두께를 갖는 투명층 28을 통과한다. 그 결과, 빔 26은 다른 크기의 구면수차를 겪게 되므로, 이 크기의 구면수차가 대물렌즈(11)에 의해 보상되지 않는다.

회절 구조(10)는 빔 21에 영향을 미치지 않도록 선택된다. 이것이 구현될 수 있는 방법은, 본 출원인 명의의 유럽특허출원 EP 00203998.0에 기재되어 있다. 또한, 이 출원에는, 구조(10)가 빔 7에 대한 블레이즈 격자(blazed grating)로 동작할 수 있는 회절 격자가 될 수 있는 방법이 기재되어 있다. 더구나, 본 출원인 명의의 유럽특허출원 EP 00203066.6에는, 이와 같은 구조를 갖는 렌즈가 만족해야 하는 기준이 기재되어 있다. Jorrit E. de Vries and Benno W. Hendriks의 논문 "Non-periodic phase structures in optical disc systems", Proceedings of Optical Data Storage, Sante Fe(2001)에는, 구조(10)에 계단 형상의 비주기적 환형 구역들이 형성될 수 있는 방법이 더 개시되어 있다. 이 문헌에 기재되어 있는 것과 같이, 이와 같은 비주기적 구조들은 회절 구조들 그 상태대로 표시될 수 없다. 그럼에도 불구하고, 상세한 설명 및 청구범위에서 어법의 간략을 기하기 위해, 용어 "회절 구조"는 그들의 통상적인 의미에서의 회절 구조와 비주기적 구역 구조의 양자인 것으로 해석된다. 이와 같은 구조는 본 명세서에서도 회절 구조라는 용어로 표시한다.

회절 구조(10)는, 빔 7 내부에, 2제곱 함수와 4제곱 함수의 선형 조합을 구성하는 위상 교정값을 생성한다. 이에 따라, 빔(7)에 폭주만을 도입하는 구조의 축 외부에서의 열악한 성능과, 빔(7)에 4제곱 함수에 의해 기술되는 위상 교정값을 도입하는 구조의 매우 결정적인 횡방향 변위 사이에서, 타협안이 발견된다.

회절 구조(10)에 의해 도입되는 위상 교정값은 일반적으로 함수 Φ(ρ)=a2*ρ²+a4*ρ⁴+O(ρ²ⁿ, n≥3)으로 기술될 수 있으며, 이때 ρ는 정규화된 동공 광속으로, 즉 애퍼처 스톱(aperture stop)의 모서리에서 ρ=1이다. 이때, 서로 다른 형태의 동공 광속을 선택하면, 계수값 a와 a4가 이에 따라 변한다는 점에 주목하기 바란다. 고차 항 O(ρ²ⁿ, n≥3)는, 어떠한 경우에도 Φ(ρ)가 2제공 빔 4제곱 항을 포함한다는 것을 나타낸다.

회절 구조(10)의 중심으로부터 대물렌즈(11)의 중심까지의 최대의 횡방향 변위는 Δ로 표시된다. 회절 구조(10)의 최대 시야각은 γ로 표시되고, a20은 a4=0(즉, Φ(ρ)에 2제곱 항만 존재)에서 전체 구면수차를 교정하는데 필요한 a2의 값을 나타낸다. 마찬가지로, a40은 a2=0(즉, Φ(ρ)에 4제곱 항만 존재)에서 전체 구면수차를 교정하는데 필요한 a4의 값을 나타낸다. a2=0이면, 도 1b에 도시된 시스템은 구조(10)의 횡방향 변위에 대해 매우 민감하고, a4=0이면, 도 1b에 도시된 시스템은 구조(10)의 횡방향 위치 이동에 대해 별로 영향을 받지 않지만, 도 1b에 도시된 광학계의 축 외부에서 코마수차의 형태를 갖는 상당한 크기의 수차를 겪게 된다.

구조(10)의 횡방향 변위와, 시야, 즉 구조(10)의 축 방향과 도 1에 도시된 광학장치의 축 사이의 각도의 존재에 거의 영향을 받지 않는 시스템을 얻기 위해, 횡방향 변위 Δ(큰 변위와 작은 변위 모두에 대해)에 대해 a2 및 a4의 최적값을 발견할 수 있다. 그후, a2 및 a4의 이들 값을 이용하여, 공지의 방법으로 구조(10)를 제조할 수 있다.

작은 변위 Δ는 (f/75)<Δ<f*(γ/18°)+1/110)을 의미하는데, 이것을 이하에서는 조건 1로도 표시하며, 이때 f는 대물계(11)의 초점거리이고, Δ 및 f는 동일한 양, 예를 들면, 밀리미터로 표시되며, γ는 각도로 표시된다. 이와 같은 작은 변위 Δ에 대해서는, a4의 최적값이 음의 값이 된다. a4의 부호는 파면수차에 대해 사용되는 부호 규약에 의해 결정된다. 해당 명세서에서는, 렌즈의 상 평면이 움직일 때, 파면수차(이 경우에는, 초점)가 양의 값이 되는 것을 결정함으로써, 부호 규약이 정해졌다. 이와 같은 조건은, 대물계(11)의 개구수와, 파장에 무관하다. 위에서 규정한 작은 변위 Δ에 대해, a2와 a4가 0.20<(a2/a20)<0.9(조건 2)와, 0.9<((a2/a20)+(a4/a40))<1.1(조건 3)를 만족한다면, 축 외부의 수차와 횡방향 변위로 인한 수차 사이에 양호한 타협안이 발견된다.

더 큰 횡방향 변위 Δ를 예상할 수 있는 경우에는, 변위로 인한 수차가 너무 커져, 시야와 관련된 성능을 희생하여 이 수차를 줄여야만 한다. 그 결과, 이와 같은 상황에서는 a4>0에 대해 최적값을 발견할 수 있다. 이와 같은 Δ는 다음과 같은범위로 주어진다: Δ>f*((γ/18°)+1/110))(조건 4). 이와 같은 상태에서는, 1.05<(a2/a20)<2.00(조건 5)이고 0.9<((a2/a20)+(a/a40))<1.1인 경우에, 시야의 수차와 횡방향 변위로 인한 수차 사이에 최적의 타협안이 발견된다.

도 2a와 도 2b는 구조910), 대물렌즈(11), 제 1 형태의 기록매체 상의 투명층(14)과, 제 2 형태의 기록매체 상의 투명층(28)을 나타낸 것이다. 도 2a에 도시된 상황은 예를 들면 DVD와 관련되고, 도 2b에 도시된 상황은 예를 들면 CD와 관련된 것이다. 도 2a에서, 빔(2)은 방해를 받지 않고 구조(10)를 통과하는 반면에, 도 2b에서는, 빔(21)이 구조(10)를 통과한 후에 빔 7에 비해 작지만 충분한 크기의 발산도를 가지므로, 대물렌즈(11)에 특정한 크기의 구면수차를 발생하는데, 이것은 더 두꺼운 투명층(28)으로 인한 구면수차를 대부분 보상한다. 그러나, 도 2b에서 빔(25)의 발산도의 크기는, 대물렌즈(11)에서 발생된 발산도에 의해 발생한 구면수차를 사용하여, 투명층(28)에 의해 발생된 구면수차를 완전히 보상할 수 있을 정도로 충분히 크지는 않다. 완전한 보상은 초점 30 부근의 영역에 큰 크기의 코마수차를 일으킬 수도 있다. 도 2a 및 도 2b는 도 5의 표 1에서 더 설명하는 실시예 1과 관련된다. 도 5의 표에 도시된 실시예 1 내지 4를 이하에서 나누어 설명한다.

실시예 1에 대해서는, Δ가 조건 1을 만족하고, a4<0이며, a2/a20은 0.50이므로, 조건 2를 만족시킨다. 변위 Δ와 시야 γ에 기인한 코마수차는 거의 같다. 도 3은 실시예 1에 나타낸 것과 같은 구조(10)를 사용하여 초점에 양호한 품질의 광 스폿이 얻어진다는 것을 나타낸다. 또한, 도 4a 및 도 4b는, 변위 Δ=0.50mm와 시야 γ=0.5°모두에 대해 수차가 거의 동일하다는 것을 나타낸다.

실시예 2에 대해서는, Δ가 실시예 1보다 크고, 계수값 a2가 실시예 1보다 커진다. 조건 1을 만족하였으며, a2/a20=0.89이므로, 조건 2도 만족한다. 더 큰 Δ로 인해, 변위로 인한 코마수차와 시야로 인한 코마수차가 실시예 1에서보다 더 크므로, 변위의 음의 결과값과 시야의 음의 결과값 사이에 최량의 타협안을 갖게 된다.

실시예 3에 대해서는, f=1.8mm를 갖는 대물렌즈가 선택된다. γ=0.5°를 갖는 이와 같은 렌즈에 대해서는, a4<0을 보장하는 Δ의 최대값이 조건 1에 따라 0.06mm보다 크지 않아야만 한다. 본 실시예에서는, Δ=0.05mm이므로, 조건 1을 만족한다. 변위의 허용오차와 큰 시야의 최적의 조합은 값 a2/a20=0.70을 제공하므로, 조건 2도 만족한다.

실시예 4에 대해서는, 최대의 변위 Δ가 너무 크므로, a4의 양의 값이 얻어진다. 따라서, 조건 1을 만족하는 대신에, 조건 4를 만족한다. 변위에 기인한 코마수차와 시야에 기인한 코마수차가 예를 들면 실시예 1보다 상당히 커진다. 그러나, a2 및 a4의 주어진 값을 사용하면, 큰 변위 허용오차와 큰 시야 사이에 양호한 타협안이 얻어진다.

도 6의 표는, 이전에 언급한 조건들 중에서 적어도 한가지가 만족하지 않는 예 a 및 b를 나타낸 것이다.

예 a에 대해서는, 시야가 0.3°로 줄지만, 더 적은 변위 Δ를 갖는다. 이것은, 조건 1의 상한에 근접하는 상황을 나타낸다. 조건 2는 만족하지 않는다. 거의 순수한 2차 교정과 a2≒a20으로 최적의 교정값이 얻어진다.

예 b에 대해서는, Δ가 조건 1에 의해 주어진 상한에 매우 근접한다. 조건 2는 만족하지 않는다. 이 에에 대해서는, 이들 2가지 경우에 대한 코마수차 값이 상당히 다르다.

전술한 내용으로부터, 본 발명이 속한 기술분야의 당업자에게 있어서 다양한 변형예 및 실시예가 이루어질 수 있다. 이들 모든 변형예 및 실시예는 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

제 1 및 제 2 모드에서 제 1 형태의 기록매체(13) 및 제 2 형태의 기록매체(27)를 각각 주사하고, 제 1 모드에서 적어도 제 1 파장을 갖고 제 2 모드에서 적어도 제 2 파장을 갖는 방사빔(2, 7, 21, 25)을 발생하는 방사빔 발생장치(1, 20)와, 제 1 모드에서 제 1 형태의 기록매체(13) 상의 초점(16)에 제 1 파장의 방사빔(2, 7)을 형성하고 제 2 모드에서 제 2 형태의 기록매체(27) 상의 초점(30)에 제 2 파장의 방사빔(21, 25)을 형성하는 대물계(11)와, 대물계의 구성요소들과 떨어져서 방사빔(2, 7, 21, 25) 내부에 배치되어, 제 2 파장의 방사빔(25) 내부에 수차를 도입하는 구조화된 광학부재(10)를 구비한 광학주사장치에 있어서,

제 2 파장에 대해 별개의 구조화된 광학부재(10)에 의해 도입된 수차가 폭주 변화와 구면수차 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
제 1항에 있어서,

제 2 파장에 대해 별개의 구조화된 광학부재(10)에 의해 도입된 수차의 위상 함수가, 적어도 2개의 항 a2*ρ²와 a4*ρ⁴를 갖는 다항식으로서 정규화된 동공 광속의 함수로서 표시될 수 있는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
제 2항에 있어서,

a20 및 a40은, a4=0 및 a2=0인 경우에, 각각 전체 구면수차를 교정하는데 필요한 a2 및 a4의 값이며, a2 및 a4는 관계식 0.9<((a2/a20)+(a4/a40))<1.1로 정의되는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
제 3항에 있어서,

a2 및 a20이, a4<0인 경우에는 관계식 0.20<(a2/a20)<0.9에 의해, 또는 a4>0인 경우에는 관계식 1.05<(a2/a20)<2.00에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.