KR20040047908A - 광학주사장치 - Google Patents

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KR20040047908A
KR20040047908A KR10-2004-7005441A KR20047005441A KR20040047908A KR 20040047908 A KR20040047908 A KR 20040047908A KR 20047005441 A KR20047005441 A KR 20047005441A KR 20040047908 A KR20040047908 A KR 20040047908A
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KR
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astigmatism
sub
radiation beam
axis
detector
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KR10-2004-7005441A
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English (en)
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유트페트루스티.
반덴에렌빔드야코부스엠.에이
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Publication date
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Abstract

정보층(2)을 주사하는 광학주사장치(1)는, 방사빔(14)을 공급하는 방사원(6)과, 광축(OO')을 갖는 렌즈계(7)와, (i) 벡터(Wo,1, θ1)로 나타낸 제 1 비점수차량(W1)을 발생하여, 그 방사빔을 제 1 비점수차 방사빔(29)으로 변환하는 비점수차 발생부재(9), (ii) 벡터(Wo,2, θ2)로 나타낸 제 2 비점수차량(W2)을 발생하여, 그 제 1 비점수차 방사빔을 벡터(Wo,3, θ3)로 나타낸 제 3 비점수차량(W3)을 갖는 제 2 비점수차 방사빔(30)으로 변환하는 비점수차 교정부재(27) 및 (iii) 그 제 2 비점수차 방사빔을 전기신호로 변환하는 검출기(28)를 포함한 검출계(8)를 구비한다. 본 발명에 의하면, W3를 상기 검출기에 적응시키고, 상기 Wo,2및 θ2는 실질적으로 다음식 (Wo,1, 2θ1)=(Wo,2, 2θ2)+ (Wo,3, 2θ3)을 따른다.

Description

광학주사장치{OPTICAL SCANNING DEVICE}
본 발명은, 정보층을 주사하는 광학주사장치에 관한 것으로, 이 장치는 제 1 방사빔을 공급하는 방사원(a)과, 상기 제 1 방사빔을 상기 정보층 내의 주사 스폿으로 변환하는 광축을 갖는 렌즈계(b)와,
- 상기 광축에 수직한 기준면에서 벡터(Wo,1, θ1)로 나타낸 제 1 비점수차량 W1을 발생하여, 상기 제 1 방사빔을, 제 1 초선(focal line)(여기서, Wo,1은 W1의 크기이고, θ1은 상기 제 1 초선과 상기 광축에 수직한 기준축 사이의 각도임)과 비점수차 발생부재로부터 상기 제 1 초선보다 더 멀리 있는 제 2 초선을 갖는 제 1 비점수차 방사빔으로 변환하는 비점수차 발생부재와,
- 상기 기준면에서 벡터(Wo,2, θ2)로 나타낸 제 2 비점수차량 W2를 발생하여, 상기 제 1 비점수차 방사빔을, 상기 기준면에서 벡터(Wo,3, θ3)로 나타낸 제 3 비점수차량 W3을 갖는 제 2 비점수차 방사빔으로 변환하는 비점수차 교정부재와,
- 상기 제 3 방사빔을 전기신호로 변환하는 검출기를 포함한 검출계(c)를 구비한 광학주사장치에 관한 것이다.
본 명세서에서 "정보층 주사"란, 방사빔으로 주사하여 그 정보층으로부터 정보를 판독하는 것("판독모드"), 그 정보층에 정보를 기록하는 것("기록모드"), 및/또는 그 정보층으로부터 정보를 소거하는 것을 말한다.
본 명세서에서, 비점수차량은 다음과 같은 특징이 있다. 광학부재가 광축, 입사면 및 출사면을 갖고, 그 광학부재는, 비점수차량 W를 발생하여 입사되는 논(non) 비점수차 방사빔을, 제 1 초선과 상기 출사면으로부터 이 제 1 초선보다 멀리 있는 제 2 초선을 갖는 출사되는 비점수차 방사빔으로 변환한다고 한다. 상기 비점수차량 W는, 광축에 수직한 기준면(XY)에서 벡터(Wo,θ)로 나타내고, 이때 Wo는 W의 크기를 나타내고, θ는 W의 방향을 나타내는 각도이다. 상기 Wo는 자이델(Seidel) 계수를 나타내고, 이와는 달리, 제니케(Zernike) 계수, 파면수차의 피크값, "비점수차 거리" 즉, 횡방향 수차(제 1 초선과 제 2 초선간의 거리에 해당함)로 나타내어도 된다. 상기 각도 θ는, 상기 제 1 초선의 방향과 상기 광축에 수직한 기준축(X) 사이의 각도로 나타낸다.
말하자면, 주사 스폿을 트랙 상에 유지하는, 즉, 주사 스폿을 주사하려고 하는 정보층의 포커스에 유지하고 상기 주사 스폿을 주사되는 트랙의 중심선 상에 유지하는 것이 중요하다. 주어진 트랙에 대해, 다음의 "반경방향"이란 트랙과 디스크의 중심사이의 방향을 의미하고, "접선방향"이란 트랙에 접선이고 상기 반경방향에 수직한 방향을 의미한다.
상기 주사 스폿을 주사하려고 하는 정보층의 포커스에 유지하기 위해서, 특히 G.Bouwhuis,J.Braat,A.Huijser et al에 의한 책, "Principles of Optical DiscSystem", p.75-80(Adam Hilger 1985)(ISBN 0-85274-785-3)에서 공지된 소위 "비점수차법"에 따라 보통 "포커스 오차신호"를 구성한다. 이 방법은, 방사빔의 광 경로에 임의로 도입된 비점수차라고 불리는 광학 수차에 의거한다. 특히, 상기 비점수차 발생부재는, 그 방사빔을 비점수차를 갖는 방사빔으로 변환하고, 이 방사빔은 상기 반경방향에 대해 각도(바람직하게는 45도)를 갖는다. 또한, 검출기는, 이 비점수차 방사빔을 포커스 오차신호로 변환하되, 이 신호는 렌즈계의 위치를 그 광축에 따라 기계적으로 조절하는데 사용하여 주사 스폿을 정보층의 포커스에 유지한다. 상기 주사 스폿이 정보층의 포커스에 있는 경우, 검출기의 스폿 형상은 원형이므로 상기 포커스 오차신호는 0이다. 그 주사 스폿이 정보층에 너무 가깝거나 그 정보층으로부터 너무 멀리 있는 경우, 상기 렌즈계를 통해 디스크에서 반사한 방사빔은, 발산하거나 또는 수렴한다. 즉, 그 검출기의 스폿의 형상은, 타원형이므로 그 포커스 오차신호는 0과 다르다.
트랙에 주사 스폿을 정확히 유지하기 위해서는, 특히 상기 G.Bouwhuis 등에 의한 책, p.70-73에 공지된 소위 "반경방향 푸시-풀법"에 따라 "반경방향 트랙킹 오차신호"를 구성하여도 된다. 또한, 이 신호는 반경방향을 따라 렌즈계의 위치를 기계적으로 조정하는데 사용되어, 상기 주사 스폿을 주사해야 하는 정보층의 트랙에 유지한다.
본 명세서의 도 1a는 종래의 구성에 있어서 종래의 광학주사장치를 나타낸 것으로, 이 장치는 포커스 오차신호와 반경방향 트랙킹 오차신호를 발생할 수 있다. 이 종래의 장치는, 광 기록매체의 트랙을 그 트랙의 중심선을 따라 주사한다.도 1a를 참조하면, "Xo" 및 "Yo"는, 상기 반경방향과 접선방향에 각각 평행한 2개의 기준축이고, "Zo"는 상기 Xo및 Yo와 함께 직교축을 형성하는 기준축이다. 이 종래의 장치는, 2개의 샤프트 Sa, Sb와 광학주사 헤드 OH를 구비한다. 이 광학주사헤드는, 그 샤프트 Sa, Sb를 따라 축 Xo에 평행한 방향으로 이동가능함으로써, 일 트랙에서 또 다른 트랙으로 주사를 하게 하고 상기 주사 스폿의 위치를 주사하려고 하는 트랙의 중심선 상으로 조정한다. 이 광학 주사헤드 OH는, 방사원 RS, 렌즈계 LS 및 검출계 DS를 구비한다. 상기 렌즈계 LS는, 시준렌즈 CL, 대물렌즈 OL 및 평면거울(도 1a에 미도시됨)을 구비한다. 이 평면거울은 상기 축 Zo를 따라 대물렌즈 OL 아래에 배치된다. 상기 거울의 평면에 대한 법선에 의해 상기 축 Zo와 기준축 Z 사이가 90도의 각도로 나뉜다. 도 1a에 도시된 것처럼, "Z"는 검출기 D와 시준렌즈 CL 사이에서 광축과 같은 방향인 기준축이다. 이 기준축 Z은 접선방향 Yo과 45도의 각도를 이룬다. 주사시에, 방사빔은 방사원 RS로부터 출사되어 렌즈계를 통해 주사하려고 하는 트랙으로 향한다. 그후, 이 방사빔은 주사하려고 하는 트랙에서 주 반사 방사빔과 회절 방사빔(주로, a+1st-오더 회절빔과 a-1st-오더 회절빔)의 형태로 반사된다. 이 회절빔의 형상은, 주 방사빔의 단면이 하프 로브(half-lobe)이다. 그 주 반사 방사빔과 +1st-오더 회절빔과 -1st-오더 회절빔은, 렌즈계 LS를 통해 검출계 DS로 향한다. 이 검출계 DS는, (1) 빔분할기와 비점수차 발생부재로서 모두 사용된 평면 평행판 PPP와 (2) 검출기 D를 구비한다. 도 1a에 도시된 구성에서는, 그 판PPP의 방위에 의해, 비점수차에 의해 생긴 것과 같은 빔의 초선의 각도가, 상기 축 Z에 수직하고 도면의 면에 내에 포함된 기준축 N과 0도 또는 90도의 각도를 이루게 된다. 트랙의 방향(즉, 축 Yo를 따라 가는 접선방향)과 거울의 방위에 의해, +1st오더 회절 로브와 -1st오더 회절 로브의 각도가 검출기 D 상의 축 N과 45도를 이루게 된다. 이 경우에, 상기 초선과 상기 로브간의 45도의 각도에 의해, 4분면 검출기를 검출기 D로서 사용하여, 반경방향 오차신호와 포커스 오차신호를 각각 상기 푸시-풀법과 비점수차법으로 발생시킨다.
그러나, 기계적인 공간 등의 기계적인 원인 때문에, 도 1b에 도시된 것과 같은 0도 또는 90도의 방위를 갖는 것이 바람직하다.
도 1b의 종래장치는, 도 1a의 종래장치의 구성요소와 동일하지만 다른 구성으로 배치되어 있다. 도 1b를 참조하면, "X1" 및 "Y1"는 반경방향과 접선방향에 각각 평행한 2개의 기준축이고, "Z1"는 X1및 Y1과 함께 직교축을 이루는 기준축이다. 도 1b의 종래의 장치는, 트랙의 중심선을 따라 광 기록매체의 트랙을 주사하고, 축 Y1에 평행하다. 광학 주사헤드 OH는 축 X1에 평행한 방향으로 샤프트 Sa 및 Sb를 따라 이동가능하다. 렌즈계 LS의 평면 거울(도 1b에 미도시됨)은, 대물렌즈 OL 아래에 축 Z1을 따라 배치되어 있다. 그 거울의 평면에 대한 법선은, 축 X1과 Y1사이를 45도의 각도로 나눈다.
그러나, 광학 주사장치는, 도 1b에 도시된 구성에서, 추가의 구성없이는 포커스 오차신호와 반경방향 트랙킹 오차신호를 동시에 형성할 수 없다는 단점이 있다. 도 1a에 대해 설명한 것처럼, 상기 판 PPP의 방위에 의해, 비점수차로 생긴 빔의 초선은 축 N과 0도 또는 90도의 각도를 이루게 된다. 트랙의 방향(즉, 축 Y1을 따라 가는 접선방향)과 상기 거울의 방위에 의해 검출기 D상의 +1st오더 회절로브와 -1st오더 회절로브가 축 N과 +1st-90도 또는 +90도의 각도를 이루게 된다. 이 경우, 4분면 검출기를 검출기 D로서 사용함으로써, 상기 로브들과 초선들의 상호방위에 의해, 상기 푸시-풀법 및 비점수차법을 각각 사용하여 반경방향 오차신호와 포커스 오차신호를 동시에 발생하지 못하게 된다.
이러한 단점을 해결하는 해결책이 US 특허번호 제4,731,527호에 공지되어 있다. 이 공지된 해결책에 의하면, 검출계는, 원주렌즈로 구성된 비점수차 교정부재를 더 구비한다. US 4,731,527에 설명된 것처럼, 상기 비점수차 발생부재는, 제 1 비점수차량 Wa을 발생하고, 상기 비점수차 교정부재는 제 2 비점수차량 Wb을 발생한다. 상기 원주렌즈는, 4분면 검출기의 최대 감도를 제공하도록, 즉 상기 "비점수차법"에 따라 반경방향과 45도로 배향되게 그 비점수차량 Wc을 만들도록 배치된다. US 특허번호 4,731,527에서는, 비점수차량 Wa, Wb및 Wc이 다음식을 만족하는 경우 이것을 달성한다:
Wc= Wa+ Wb(1)
상기 (1)식에 의하면, 본 명세서의 도 2는, 검출계의 광축에 수직한 기준면XY에서의 비점수차량 Wa, Wb및 Wc간의 관계를 나타낸 것으로, 여기서 Wo,a, Wo,b및 Wo,c는 각각 Wa, Wb및 Wc의 크기이고, θa, θb및 θc는 각각 Wa, Wb및 Wc의 각도이다. 비점수차량의 벡터 표현법을 사용하여 (1)식도 다음과 같이 나타낼 수도 있다:
(Wo,c,θc)=(Wo,a,θa)+ (Wo,b,θb)(2)
그러나, 원하는 비점수차로 교정하지 못하기 때문에, US특허번호 4,731,527의 내용은 충족되지 못한다.
기타 광학주사장치는, US 특허번호 4,968,874 등의 종래기술에 개시된 것처럼 비점수차 교정부재를 구비한다.
상기 US 특허번호 4,968,874에서는, 서두에 기재된 것과 같은 광학주사장치를 개시하였는데, 여기서의 비점수차 교정부재는 상기 비점수차 발생부재에 의해 생긴 비점수차를 보상하는 제 1 이방성 곡면과, 임의의 방향, 즉 상기 반경방향에 대해 45도로 새로운 비점수차를 발생하는 제 2 이방성 곡면을 구비한다.
US 특허번호 4,968,874에서 설명된 비점수차 교정부재는, 제조하기 어려운 2개의 이방성 곡면을 갖는다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은, 상술한 단점을 해결하는 광학주사장치를 제공하는데 있는 것으로, 특히 "비점수차법"에 따라 비점수차를 제공하고 제조가 용이하도록 하는데 있다.
본 발명에 따르면, 상기 목적들을 달성하기 위해 서두에 기재된 광학주사장치는, W3를 상기 검출기에 적응시키고 상기 Wo,2및 θ2는 실질적으로 다음을 따른다:
(Wo,1, 2θ1)+(Wo,2, 2θ2)=(Wo,3, 2θ3).
본 발명에 따른 광학주사장치는, 당업자가 아래 더욱 상세하게 설명된 것처럼(특히 표 3 및 표 4와 관계하여) 비점수차를 필요에 따라 교정하게 하는 이점이 있다.
광학주사장치의 바람직한 실시예에서는, 제 1 초선에 대해 소정의 제 1 각도를 이루는 축이 대칭인 원주면으로 비점수차 교정부재를 구성하되, 이때의 각도의 값은 원하는 각도, 제 1 비점수차 거리 및 제 2 비점수차 거리에 의존한다.
비점수차 교정부재를 원주면으로 형성하면, US특허번호 4,968,874를 참조하여 설명된 것들과 같은 2개의 이방성 곡면보다 1개의 이방성 곡면을 제조하는 것이 보다 쉽다는 이점이 있다. 본 명세서에서, "이방성 곡면"이란, 서로 다른 곡률 및/또는 2개가 상호 수직하는 방향의 비구면 계수을 갖는 표면을 말한다.
원주면을 갖는 비점수차 교정부재는, US특허번호 4,968,874에 기재된 비점수차 교정부재의 구성들처럼, 이방성 곡면보다 기계적 공차 변화에 원주면이 덜 변동하는 다른 이점이 있다.
광학주사장치의 바람직한 실시예에서는 비점수차 발생부재를 평면 평행판으로 구성하고, 이 판을 이 판의 법선방향과 광축 사이에서 소정 각도로 경사지게 한다. 이 실시예는, 빔분할기로도 사용될 수 있어, 방사원으로부터의 방사빔을 렌즈계의 방향으로 다시 향하게 한다.
비점수차 발생부재를 평면 평행판으로 형성하면, 그 평면 평행판은 통상 발견할 수 있는 빔분할 입방체 등의 다른 비점수차 발생부재보다 값싸다는 이점이 있다.
비점수차 발생부재를 평면 평행판으로 형성하면, 그 평면 평행판은 통상 빔분할 입방체보다 얇아서, 더욱 소형의 광학주사장치가 된다는 또 다른 이점이 있다.
이하, 본 발명의 목적, 이점 및 특징은, 첨부도면을 참조한 본 발명의 더욱 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다:
도 1a 및 도 1b는 각각 제 1 구성 및 제 2 구성에서의 종래의 광학주사장치를 나타내고,
도 2는 종래기술 문헌의 기술에 따른 3개의 비점수차량간의 관계를 나타낸 그래프,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학주사장치의 구성요소의 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 3개의 비점수차량간의 관계를 나타낸 그래프,
도 5는 도 3에 도시된 검출계의 제 1 실시예의 개략도,
도 6은 도 3에 도시된 검출계의 제 2 실시예의 개략도,
도 7 및 도 8은, 도 5 및 도 6에 도시된 4분면 검출기 상에 형성되고, 본 발명에 따라 각각 교정을 하고 교정을 하지 않은 중심 방사빔의 개략적인 표현이고,
도 9 및 도 10은, 도 5 및 도 6에 도시된 4분면 검출기 상에 형성되고, 본 발명에 따라 각각 교정을 하고 교정을 하지 않은 인접 방사빔의 개략적인 표현이다.
도 3은 광 기록매체(3)의 정보층(2)을 주사하기 위한 본 발명의 광학주사장치(1)의 구성요소의 개략도이다. 도 3에 도시된 구성요소의 구성은, 도 1b의 구성과 같다. 그러나, 도 1b를 참조하여 설명된 렌즈계의 거울은, 도 3에서는 명쾌함을 위해 도시되어 있지 않다. 특히, 완전히 임의의 선택에 관한 문제로서와 도 3 및 그 이후의 도면을 참조하여, "X축" 및 "Y축"은, 각각 광 기록매체의 반경방향 및 접선방향에 대응한 기준축이고, "Z축"은 광학주사장치(1)의 광축에 평행한 기준축이다.
설명상, 광 기록매체(3)는, 그 정보층(2)의 일측에 배치된 투명층(4)을 구비한다. 상기 정보층(2)으로부터 떨어져 대향하는 정보층(2)의 측면은, 보호층(5)에 의해 환경영향으로부터 보호된다. 도 3에 도시된 것처럼, 상기 층(2, 4, 5)은, 도 3에 나타낸 X축 및 Y축 방향으로 평면이다. 상기 투명층(4)은, 정보층(2)에 기계적 지지체를 제공함으로써 기록매체(3)의 기판으로서 작용한다. 이와는 달리, 투명층(4)은, 정보층(2)을 보호하는 유일한 기능을 가질 수도 있고, 그 기계적인 지지는 정보층(2)의 타측상의 층, 이를테면 보호층에 의해 또는 추가 정보층 및 최상부의 정보층에 접속된 투명층에 의해 제공된다. 정보층(2)은, 트랙을 포함한 기록매체(3)의 표면이다. "트랙"은, 포커싱된 방사빔이 뒤에 오는 경로로, 그 경로 상에 정보를 나타낸 광학적으로 판독가능한 마크가 배치되어 있다. 상기 마크는, 예를 들면, 피트의 형태 또는 반사계수 또는 그 주위와 다른 자화방향을 갖는 영역의 형태이어도 된다. 광 기록매체(3)의 형상이 디스크일 경우에, 주어진 트랙에 대해 다음과 같이 정의되어 있다. 즉, "반경방향"은, 디스크의 트랙과 중심 사이의 방향이고, "접선방향"은 트랙에 접선이고 상기 "반경방향"에 수직한 방향이다.
도 3에 도시된 것처럼, 광학주사장치(1)는, 방사원(6), 광축 OO'을 갖는 렌즈계(7), 및 검출계(8)를 구비한다. X축은, 광축 OO'에 수직하고 반경방향에 평행하다. Y축은, 광축 OO'과 X축에 수직한다. Z축은 광축 OO'에 평행하므로 X축과 Y축에 모두 수직한다.
또한, 도 3에 도시된 것처럼, 광학주사장치(1)는, 빔 분할기, 서보회로(10), 포커스 액추에이터(11)와 반경방향 액추에이터(12) 및 오류교정용 정보처리부(13)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 방사원(6)은, 방사빔(14)을 공급하도록 구성된다. 이 방사원(6)은, 선택파장 λ에서 방사빔(14)을 사출하는 적어도 한 개의 반도체 레이저를 구비하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 광 기록매체(3)가 소위 DVD 포맷일 경우에, 방사빔(14)의 파장 λ은 620∼700nm이고, 바람직하게는 660nm이고, 광 기록매체(3)가 소위 DVR 포맷일 경우에, 상기 파장 λ은 405nm인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 방사원(6)은, 상기 중심 방사빔(14)으로부터 (미도시된) 2개의 인접 방사빔을 형성하는 격자구조(6')를 구비하고, 이때의 인접 방사빔을 사용하여 반경방향 트랙킹 오차신호를 발생한다.
빔 분할기는, 렌즈계(7)를 향하여 상기 방사빔(14)(과 2개의 인접 방사빔)을 반사하도록 구성된다. 도 3에 도시된 바람직한 실시예에서는, 광축 OO'에 대해 경사진 평면 평행판(9)으로 빔 분할기를 구성하여 이 축에 대해 각도 α를 이룬다.그 각도 α는 45도인 것이 바람직하다. 또한, 빔 분할기는, 격자구조 또는 홀로그램으로 형성하여도 된다.
렌즈계(7)는, 방사빔(14)을 포커스 방사빔(17)으로 변화하도록 구성하여 주사스폿(18)을 상기 정보층(2)의 위치에 형성한다. 상기 렌즈계(7)는, 제 1 대물렌즈(19)를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 렌즈계는, 시준렌즈(20)와 제 2 대물렌즈(21)를 더 구비한다. 방사빔(17)의 개구수가 약 0.85일 경우에는 상기 제 1 대물렌즈(19)와 상기 제 2 대물렌즈(21)를 함께 사용하고, 방사빔(17)의 개구수가 0.65보다 작을 경우에는 제 1 대물렌즈(19)만을 사용한다.
상기 시준렌즈(20)는, 방사빔(14)(과 2개의 인접 방사빔)을 거의 시준된 방사빔(22)으로 변환하도록 구성된다.
상기 대물렌즈(19)는, 상기 시준된 방사빔(22)을 수렴 방사빔(23)으로 변환하도록 구성된다. 이 대물렌즈(19)는, 방사빔(22)을 수신하는 입사면(19a)과, 상기 수렴 빔(17)을 출력하는 출사면(19b)을 갖는다.
제 2 대물렌즈(21)는, 상기 수렴 방사빔(23)을 포커싱된 방사빔(17)으로 변환하도록 구성된다. 이 렌즈(21)는, 대물렌즈(19)의 출사면(19b)에 대향하는 볼록 입사면(21a)과 상기 정보층(2)의 위치에 대향하는 평탄 출사면(21b)을 갖는 평볼록렌즈이어도 된다. 특히, 제 2 대물렌즈(21)는, 상기 제 1 대물렌즈(19)와 협력하여, 광학부재의 상호위치에 있어서 단일렌즈계보다 큰 공차를 갖는 것이 바람직한 이중렌즈계(doublet-lens system)로 이루어진다. 또한, 각 대물렌즈(19, 21)의 1개 또는 2개의 표면은, 비구면인 것이 바람직하다.
설명상, 광 기록매체(3)가 DVD 포맷일 경우에, 포커싱된 방사빔(17)의 개구수는 "판독모드"에서는 0.6정도이고 바람직하게는 "기록모드"에서는 0.65이다.
주사시에, 상기 포커싱된 전방 방사빔(17)은 정보층(2)에서 반사되어, 그 포커싱된 전방 방사빔(17)의 광로 상에서 되돌아오는 후방 방사빔(24)을 형성한다. 이 후방 방사빔 24는 렌즈계(7)에 의해 제 1 후방 방사빔 25로 변환된다. 끝으로, 빔 분할기(9)는, 상기 검출계(8)를 향해 후방 방사빔(25)의 적어도 일부를 투과시켜서 상기 전방 방사빔(14)을 상기 후방 방사빔(25)으로부터 분리한다.
상기 검출계(8)는, 방사빔(25)(과 도 3에 미도시된 대응 인접 방사빔)을 포획하여 1개 또는 그 이상의 전기신호로 변환하도록 구성된다. 상기 신호들 중 하나는 정보신호 Idata이고, 그것의 값은 정보층(2) 상에 주사된 정보를 나타낸다. 이 정보신호 Idata는, 오차교정을 위해 정보층 처리부(13)에 의해 처리된다. 검출계(8)로부터의 다른 신호들은, 포커스 오차신호 Ifocus와 반경방향 트랙킹 오차신호 Iradial이다. 이 신호 Ifocus는, 주사스폿(18)과 정보층(2)의 위치 사이에서 광축 OO'을 따라 가는 축방향 높이차를 나타낸다. 이 신호는, 상술한 것과 같은 "비점수차법"으로 형성되는 것이 바람직하다. 이 신호 Iradial는, 주사스폿(18)과 이 주사스폿(18) 뒤에 오는 정보층(2)의 트랙의 중심선 사이에서 정보층(2)의 평면에서의 거리를 나타낸다. 이 신호 Iradial는 상술한 것과 같은 "반경방향 푸시 풀법"에 의해 형성된다.
서보회로(10)는, 신호 Ifocus와 Iradial에 따라 상기 포커스 액추에이터(11)와반경방향 액추에이터(13)를 각각 제어하는 서보제어신호 Icontrol를 제공하도록 구성된다. 포커스 액추에이터(11)는, 광축 OO'을 따라 대물렌즈(19, 21)의 위치를 제어하여, 정보층(2)의 평면과 거의 일치하도록 주사스폿(18)의 실제 위치를 제어한다. 상기 반경방향 액추에이터(13)는, 광축 OO'에 수직한 방향으로 대물렌즈(19, 21)의 위치를 제어하여, 정보층(2)의 뒤에 오는 트랙의 중심선과 거의 일치하도록 상기 주사스폿(18)의 반경방향 위치를 제어한다.
이하, 비점수차 발생부재, 비점수차 교정부재(27) 및 4분면 검출기(28)를 구비하는 검출계(8)를 더욱 상세히 설명한다.
상기 비점수차 발생부재는, 제 1 비점수차량 W1을 발생하여, 상기 방사빔(25)을, 제 1 초선 F1및 이 초선 F1보다 상기 비점수차 발생부재(9)로부터 더 떨어진 제 2 초선 F2을 갖는 제 1 비점수차 방사빔(29)으로 변환한다. 이후, 상기 제 1 초선 F1및 제 2 초선 F2간의 거리 Δf1를 "비점수차 거리"라고 부른다. 제 1 비점수차량 W1은, 광축 OO'에 수직한 기준면 XY에서 벡터(Wo,1, θ1)로 나타내고, 이때 Wo,1은 W1의 크기를 나타내고, θ1은 상기 제 1 초선과, 상기 광축 OO'에 수직한 기준축 X 사이의 각도를 나타낸다.
도 3에 도시된 바람직한 실시예에서는, 비점수차 발생부재는, 빔 분할기(상기 참조)로서도 동작하는 평면 평행판 부재(9)로 구성된다. 또한, 비점수차 발생부재는, 원주렌즈, 환상체 부재, 또는 이방성 곡률 또는 격자선의 피치를 갖는 홀로그램으로 형성하여도 된다. 상기 Wo,1의 크기는, 자이델 계수 W22의 형태로 표현한다. 다음식은, 파장 λ에 대해 정규화된 계수 W22의 제곱평균 제곱근(root-mean-square)값 W22rms이다:
여기서, "d"는 평면 평행판의 두께, "n"은 평면 평행판의 굴절률, "α"는 광축과 평면 평행판이 이루는 각도(바람직하게는 45도), "NA"는 상기 평면 평행판에 입사되는 방사빔의 개구수이다. 더 많은 정보는, 예를 들면 M.Born 및 E.Wolf, "Principles of Optics,"p.469-470(제 6 판)(Pergamon Press)(ISBN 0-08-09482-4)를 참조한다.
비점수차 교정부재(27)는, 제 2 비점수차량 W2을 발생하여, 상기 제 1 비점수차 방사빔(29)을 제 3 비점수차량 W3을 갖는 제 2 비점수차 방사빔(30)으로 변환한다. 제 2 비점수차량 W2는, 기준면 XY에서 벡터(Wo,2, θ2)로 나타내고, 제 3 비점수차량 W3은, 기준면 XY에서 벡터(Wo,3, θ3)로 나타낸다. 그 정의에 의해, 비점수차 교정부재(27)는, 제 2 비점수차량 W2을 발생하여, 입사되는 논 비점수차 방사빔을, 제 3 초선 F3과 그 초선 F3보다 상기 부재(27)로부터 더 떨어진 제 4 초선 F4을 갖는 출사 비점수차 방사빔으로 변환한다. 상기 초선 F3과 F4간의 거리 Δf2를 "비점수차 거리"라고도 한다. 마찬가지로, 상기 비점수차 방사빔(30)은, 제 5 초선 F5와 제 6 초선 F6을 갖고, 그 초선 F5와 F6의 거리도 "비점수차 거리"라고도 한다.
검출기(28)는, 그 방사빔(30)을 적어도 하나의 전기신호로 변환한다. 바람직하게는, 검출기(28)는, 2개의 수직 분리선을 갖는 4분면 검출기로 구성한다.
구체적으로는, 4분면 검출기(28)를 "비점수차법"을 행하도록 구성한 경우에, 이 검출기는, 4개의 검출부재 C1∼C4와 제 1 전자회로(도 3에 도시되지 않고 도 5-도 10에 도시됨)를 구비한다. 이 검출부재 C1∼C4는, 다음과 같은, 4개의 분리 사부면 형태로 XY면에 배치된다: 즉 검출부재 C1은 검출부재 C3에 대각선으로 대향되고, 검출부재 C2는 검출부재 C4에 대각선으로 대향되고, 검출부재 C1과 C4 사이의 분리선(과 검출부재 C2와 C3 사이의 분리선)은 X축에 평행하며, 검출부재 C1과 C2 사이의 분리선(과 검출부재 C3와 C4 사이의 분리선)은 Y축에 평행하다. 이 검출부재 C1, C2, C3 및 C4는, 4개의 검출부재신호 IC1, IC2, IC3및 IC4를 각각 제공하도록 구성되고, 이 신호는 상기 부속 검출부재 상에 들어오는 방사빔(14)의 광 강도를 나타낸다. 제 1 전자회로는, 상기 신호 IC1∼IC4를 다음식에 따라 포커스 오차신호 Ifocus로 변환하도록 구성된다:
상기 반경방향 푸시 풀법에 따라 상기 반경방향 트랙킹 오차신호 Iradial는,다음과 같이 신호 IC1, IC2, IC3및 IC4를 조합하여 얻을 수 있다:
상기 신호 IC1∼IC4의 검출은, 초선 F3와 F4 사이의 각도와, 검출부재 C1∼C4의 분리선(즉, 초선 F3과 X축 사이의 각도 상에서) 특히, 1 스폿 및 3 스폿 반경방향 트랙킹법을, 신호 Iradial를 형성하는 반경방향 푸시 풀법으로서 사용할 수 있다.
더욱이, W3는 검출기(28)를 채용하여 각도 θ3는 검출기(28)의 분리선과 이루는 45도이고, 그 검출기의 분리선의 방위는 상기 반경방향 트랙킹 오차신호가 그 푸시 풀법에 의해 발생하도록 선택되었다. 본 발명에 의하면, Wo,2및 θ2는 거의 다음식을 따른다:
도 4는 기준면 XY에서 비점수차량 W1, W2및 W3간의 (6)식의 관계를 나타낸다. 크기 W3와 각도 θ3는 임의로 선택된 임의의 기준방향 X에 대해 XY면에서 표현하여도 된다: 그 크기 W3와 각도 θ3는 XY면에서 회전 불변적(rotation-invariant)이다.
크기 Wo,1은 임의 선택값 Wo,1 fix(=횡방향 수차로 표현될 경우 99㎛)이고, 각도 θ1은 임의 선택값 θ1 fix(=90도)이고, Wo,3은 본 장치의 다른 파라미터에서 필요로하는 것과 같은, 원하는 값 Wo,3 des(1295㎛)이고, 각도 θ3은 "비점수차법"에서 필요로 하는 것과 같은 원하는 값 θ3 des(즉, 45도)일 경우 (6)식에 의해 산출한다. 이 (6)식에 의해 Wo,2 cal2와 각도 θ2 cal2를 산출한다. 표 1은 이들 크기와 각도를 나타낸다.
그래서, 본 발명의 내용에 의하면, 상기 비점수차 교정부재는, 크기가 99㎛이고 각도가 90도인 비점수차량 W1에 대해, 원하는 대로, 즉 크기가 1295㎛이고 각도가 45도인 비점수차량 W3을 얻기 위해서 크기가 1322㎛이고 각도가 39도인 비점수차량을 발생하는데 있다.
상기 임의 선택값 Wo,1 fix및 θ1 fix과 상기 산출값 Wo,2 cal2와 θ2 cal2에 의해 광선추적 시뮬레이션을 하고, 그 결과 크기값 Wo,3 sim2와 각도값 θ3 sim2를 얻었다. 표 2는이들 크기와 각도의 값을 나타낸다.
표 2에 나타낸 것처럼, 상기 시뮬레이션 결과에 의하면, 크기가 99㎛이고 각도가 90도인 비점수차량 W1이 크기가 1322㎛이고 각도가 39도인 비점수차량 W2으로 교정되면, 그 결과의 비점수차량 W3은, 각각 거의 원하는 값 1295㎛ 및 45도인 크기가 1322㎛이고 각도가 45도이다. 즉, 본 발명에 의한 산출로 얻어진 크기의 값과 시뮬레이션을 통해 얻어진 값간의 0.2%의 차이가 있고, 본 발명에 의한 산출로 얻어진 각도의 값과 시뮬레이션을 통해 얻어진 값 사이의 1도 미만의 차이가 있다. 본 설명에서는, 크기 또는 각도의 값이, 2개의 값간의 차이가 5%미만인 경우의 다른 크기 또는 각도의 값과 "거의 같다".
이하, 본 발명에 따른 비점수차 교정부재의 2가지 실시예를 설명한다. 도 5는, 상기 비점수차 발생부재(9), 비점수차 교정부재(27)의 제 1 실시예 27' 및 4분면 검출기(28)의 개략도이다. 도 6은 비점수차 발생부재(9), 비점수차 교정부재(27)의 제 2 실시예 27" 및 4분면 검출기(28)의 개략도이다.
도 5에 도시된 것처럼, 상기 비점수차 교정부재 27'는, XY면에서 X축과 소정의 제 1 각도 γcyl를 이루는 대칭축 Δ를 갖는 원주면으로 형성되었다. 상기 각도γcyl는 다음과 같이 표현된다:
여기서, θ1-θ3, Wo,1및 Wo,3는 다음 조건을 만족한다:
또한, 원주면은, 비점수차 W1의 크기 Wo,1를 비점수차 W3의 크기 Wo,3로 변환하기 위해서 제 3 비점수차 거리 Wo,2를 발생하도록 구성된다. 더욱 구체적으로, 상기 비점수차 거리 Wo,2를 다음과 같이 정의하여도 된다:
여기서, θ1-θ3, Wo,1및 Wo,3는 다음 조건을 만족한다:
특히, γcyl-θ3및 Wo,2는, Wo,1, Wo,2및Wo,3가 다음중 하나: 즉 자이델 계수, 제니케 계수, 파면수차의 피크값, (제 1 초선 및 제 2 초선간의 거리에 해당하는) "비점수차 거리" 또는 횡방향 수차로 나타낸다.
도 6에 도시된 것처럼, 비점수차 교정부재 27"는, 다음과 같이 배치된 평면으로 구성된다. 상기 비점수차 발생부재(9)는, 먼저 (점선 사각형으로 나타낸) 검출기(28)와 같은 방위로 배치되고, 다음으로 상기 판(9)에 대한 법선 N1이 Z축과 45도의 각도 α를 이루도록 Y축을 따라 회전된 평면 평행판으로 구성된다. 상기 비점수차 교정부재(27")는, 먼저 (점선 사각형으로 나타낸) 상기 판(9)과 같은 방위로 배치되고, 다음으로 상기 판(27")에 대한 법선 N2가 X축과 각도 β를 이루도록 Z축을 따라 회전된 평면 평행판으로 구성된다. 각도 β는 상기 비점수차법에 따라 45도인 것이 바람직하다.
간단한 설명으로서, 이하 본 발명에 따른 교정의 효과를 더욱 상세히 설명한다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명에 따른 교정을 하고 교정을 하지 않은, 4분면 검출기(28) 상의 중심 방사빔(14)으로 형성된 초선을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 9 및 도 10은 각각 본 발명에 따른 교정을 하고 교정을 하지 않은, 4분면 검출기(28) 상에 형성된 2개의 인접 방사빔을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7은 초선 F3와 분리선 사이와, 검출기소자 C1과 C2 사이의 각도 θ3가 45도인 경우에 관한 것이고, 주사스폿(18)은 정보층(2) 상의 초점에 있지 않다. 비점수차 방사빔(30)의 스폿은, 타원형상 S1의 주축이 X축에 대해 45도의 각도를 이루는 경우(이 형상은 상기 비점수차량 W3의 초선에 해당함), 검출기 소자 C1 내지 C4 상에 타원형상 S1을 갖는다. 그러므로, 상기 (4)식에 따라 형성된 신호 Ifocus는, 0과 다르다. 즉, 포커스 오차의 검출이 가능하다.
도 8은 초선 F3와 분리선 사이와, 검출기 소자 C1과 C2 사이의 각도가 0도이고, 본 발명에 따른 비점수차 교정을 하지 않은 경우에 관한 것이다. 그래서, 비점수차 방사빔(30)의 스폿은, 타원형상 S2의 주축이 X축에 대해 0도의 각도를 이루는경우, 검출기 소자 C1 내지 C4 상에 타원형상 S2를 갖는다. 그러므로, 상기 (4)식에 따라 형성된 신호 Ifocus는, 0과 같다. 즉, 포커스 오차의 검출이 불가능하다.
도 9는 초선 F3와 분리선 사이와, 검출기 C1과 C3 사이의 각도 θ3인 경우에 관한 것이다. 특히, (도 9에 나타낸) Y축 방향은, 접선방향(즉, 주사하려고 하는 트랙에 접선하는 방향)에 해당한다. 제 1 비점수차 방사빔은, 2개의 하프 로브 S3, S4로 구성되고, 제 2 비점수차 방사빔은 2개의 하프 로브 S5, S6으로 구성된다. 상기 하프 로브 S3∼S6은, 상기 분리선의 방향, 즉 트랙의 방향과 정렬되도록 배향된다. 그래서, (상기 5(식)에 따라 형성된) 신호 Iradial은, 0과 다르다. 즉, 반경방향 트랙킹 오차신호의 검출이다.
도 10은 초선 F3과 분리선 사이와, 검출기 C1과 C2 사이의 각도가 0도인 경우와 본 발명에 따른 비점수차 교정을 하지 않은 경우에 관한 것이다. 특히, (도 10에 나타낸) Y축의 방향은, 접선방향(즉, 주사하려고 하는 트랙에 접선하는 방향)에 해당한다. 제 1 비점수차 방사빔은, 2개의 하프 로브 S7, S8로 구성되고, 제 2 비점수차 방사빔은 2개의 하프 로브 S9, S10으로 구성된다. 상기 하프 로브 S7∼S10은, 상기 분리선의 방향, 즉 트랙의 방향과 45도의 각도를 이루도록 배향된다. 그래서, (상기 5(식)에 따라 형성된) 신호 Iradial은, 0과 같다. 즉, 반경방향 트랙킹 오차의 검출이 불가능하다.
이때, 도 7∼도 10에 도시된 형상은, 정보층(2)으로부터 대물렌즈(19)가 너무 멀리 떨어져 있는 경우에 해당한다. 정보층(2)에 대물렌즈(19)가 매우 근접한경우에 유사한 형상(Y축에 대해 대칭)을 얻는다.
첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다면 상술한 실시예들과 관련하여 다양한 변화 및 변경을 할 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
또 다른 예로서는, 동시에 멀티 트랙을 주사 가능한 광학주사장치의 형태로 하여도 된다. 이로 인해, 예를 들면, US특허 제4,449,212호에 기재된 것처럼, "판독모드"에서의 데이터 판독 및/또는 "기록모드"에서의 기록속도를 향상시키게 된다. 참고문헌은 US특허 제4,449,212호에 따른 멀티 트랙킹 구성에 관한 설명을 포함한다.
개선된 것으로서, 본 발명에 따른 광학주사장치는, 상기 비점수차 발생부재(9)에 대향하는 입사면과 상기 4분면 검출기(28)에 대향하는 출사면을 갖는 서보 렌즈를 더 구비하고, 이때 서보 렌즈의 입사면은 상기 비점수차 교정부재(27)를 형성하도록 구성된다. 이와는 달리, (입사면 대신에) 출사면은, 비점수차 교정부재(27)을 형성하도록 구성되어도 된다.
상기 서보 렌즈의 입사면을 상기 비점수차 교정부재(9)로서 사용하는 이점에 의해, 서보 렌즈의 출사면을 구성할 가능성이 있어 광학 기능을 추가로 제공한다. 예를 들면, 출사면은 구형으로 만곡되어도 된다.

Claims (10)

  1. 정보층(2)을 주사하고, 제 1 방사빔(14)을 공급하는 방사원(6)과, 상기 제 1 방사빔을 상기 정보층의 위치에서의 주사 스폿(18)으로 변환하는 광축(OO')을 갖는 렌즈계(7)와,
    - 상기 광축에 수직한 기준면(XY)에서 벡터(Wo,1, θ1)로 나타낸 제 1 비점수차량(W1)을 발생하여, 상기 제 1 방사빔을, 제 1 초선(여기서, Wo,1은 W1의 크기이고, θ1은 상기 제 1 초선(F1)과 상기 광축에 수직한 기준축과의 사이의 각도임)과 비점수차 발생부재로부터 상기 제 1 초선보다 더 멀리 있는 제 2 초선(F2)을 갖는 제 1 비점수차 방사빔(29)으로 변환하는 비점수차 발생부재(9)와,
    - 상기 기준면에서 벡터(Wo,2, θ2)로 나타낸 제 2 비점수차량(W2)을 발생하여, 상기 제 1 비점수차 방사빔을, 상기 기준면에서 벡터(Wo,3, θ3)로 나타낸 제 3 비점수차량(W3)을 갖는 제 2 비점수차 방사빔(30)으로 변환하는 비점수차 교정부재(27)와,
    - 상기 제 3 방사빔을 전기신호로 변환하는 검출기(28)를 포함한 검출계(8)를 구비한 광학주사장치에 있어서,
    W3를 상기 검출기에 적응시키고 상기 Wo,2및 θ2는 실질적으로 다음식,
    (Wo,1, 2θ1)=(Wo,2, 2θ2)+ (Wo,3, 2θ3)을 따르는 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비점수차 발생부재(9)는, 빔 분할기로서 사용하기 위한 제 1 평면 평행판을 구비한 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 비점수차 교정부재(27)는, 상기 기준축(X)과 소정의 제 1 각도(γcyl)를 이루는 대칭축을 갖는 원주면으로 형성되고, 상기 소정의 제 1 각도는 다음식과 같이 표현되고,
    여기서, θ1-θ3, Wo,1및 Wo,3는 다음 조건
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 원주면의 비점수차 거리(Δf2)는, 다음식
    으로 주어지고, 여기서, θ1-θ3, Wo,1및 Wo,3는 다음 조건
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 비점수차 교정부재(27)는, 법선방향(N2)을 갖는 제 2 평면 평행판으로 구성된 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1).
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 비점수차 교정부재(27)는 입사면으로서 상기 비점수차 발생부재(9)에 대향하는 서보 렌즈로 구성되고, 상기 서보 렌즈는 상기 검출기(28)에 대향하는 입사면과 출사면을 갖고, 이 면들 중 하나가 이방적으로 만곡된 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1).
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출기(28)는 상기 기준축(X)의 방향으로 분리선을 갖는 4분면 검출기로 구성되고, 상기 각도 θ3가 거의 45도이도록 상기 검출기(28)에 W3를 적응시키는 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1).
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출계(8)는, 포커스 오차신호(Ifocus) 및/또는 반경방향 트랙킹 오차신호(Iradial)를 제공하도록 더 구성되고, 상기 검출계는, 서보회로(10)와, 상기 정보층(2)의 위치 및/또는 주사하려고 하는 상기 정보층의 트랙의 위치에 대해 상기 포커스 오차신호 및/또는 상기 반경방향 트랙킹 오차신호에 응답하여 상기 주사스폿(18)의 위치를 제어하는 액추에이터(11, 12)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1).
  9. 제 1 항에 있어서,
    오차교정용 정보처리부(13)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1).
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈계(7)는, 제 1 대물렌즈(9)와, 이중렌즈계로 이루어진 제 2 대물렌즈(21)를 구비한 것을 특징으로 하는 광학주사장치(1).
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