KR20050091755A - 제어가능한 이중층 복굴절 광학부품 - Google Patents

제어가능한 이중층 복굴절 광학부품 Download PDF

Info

Publication number
KR20050091755A
KR20050091755A KR1020057012204A KR20057012204A KR20050091755A KR 20050091755 A KR20050091755 A KR 20050091755A KR 1020057012204 A KR1020057012204 A KR 1020057012204A KR 20057012204 A KR20057012204 A KR 20057012204A KR 20050091755 A KR20050091755 A KR 20050091755A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
optical
birefringent layer
orientation
birefringent
Prior art date
Application number
KR1020057012204A
Other languages
English (en)
Inventor
에밀레 제이. 케이. 페르스테겐
헨드릭 알. 스타페르트
Original Assignee
코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. filed Critical 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Publication of KR20050091755A publication Critical patent/KR20050091755A/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/22—Apparatus or processes for the manufacture of optical heads, e.g. assembly
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1365—Separate or integrated refractive elements, e.g. wave plates
    • G11B7/1369—Active plates, e.g. liquid crystal panels or electrostrictive elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3083—Birefringent or phase retarding elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/139—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
    • G02F1/1396—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent the liquid crystal being selectively controlled between a twisted state and a non-twisted state, e.g. TN-LC cell
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1372—Lenses
    • G11B7/1374—Objective lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/294—Variable focal length devices
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2202/00—Materials and properties
    • G02F2202/40—Materials having a particular birefringence, retardation
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B2007/0003—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier
    • G11B2007/0006—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier adapted for scanning different types of carrier, e.g. CD & DVD
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B2007/0003—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier
    • G11B2007/0009—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier for carriers having data stored in three dimensions, e.g. volume storage
    • G11B2007/0013—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier for carriers having data stored in three dimensions, e.g. volume storage for carriers having multiple discrete layers
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1372—Lenses
    • G11B2007/13727—Compound lenses, i.e. two or more lenses co-operating to perform a function, e.g. compound objective lens including a solid immersion lens, positive and negative lenses either bonded together or with adjustable spacing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Optical Head (AREA)

Abstract

광학부품(181)은 가공된 계면(206)에 의해 제 2 복굴절층(170)에 연결된 제 1 복굴절층(203)을 구비한다. 광축(19)은 제 1 및 제 2 층을 통과한다. 제 2 복굴절층(170)은 광축에 대해 제 1 배향과 제 2 배향 사이에서 이동가능한 분자들을 갖는다. 제 2 복굴절층(170)의 굴절률은 분자들의 배향에 의존한다.

Description

제어가능한 이중층 복굴절 광학부품{CONTROLLABLE TWO LAYER BIREFRINGENT OPTICAL COMPONENT}
본 발명은, 복굴절 광학부품, 이 부품을 제조하는 방법, 및 이 부품을 포함하는 장치에 관한 것이다. 이 부품은, 광학 주사장치의 가변초점 렌즈로서 사용하기에 적합하지만, 이 용도에 제한되는 것은 아니다.
광학 주사장치에 사용되는 광학 픽업장치는 알려져 있다. 광학 픽업장치는 광 디스크의 트랙들을 가로질러 주사하기 위해 이동가능한 지지체에 장착된다. 광학 픽업장치의 크기와 복잡함은, 제조비용을 줄이고 주사장치에 장착되는 다른 부품들을 위한 추가공간을 허용하기 위해서는, 실제적으로 많이 줄어드는 것이 바람직하다.
현대의 광학 주사장치들은 일반적으로 콤팩 디스크(CD) 및 디지털 다기능 디스크(DVD) 포맷 등의 최소한 2개의 다른 포맷의 광학 디스크와 호환된다. 최근에 제안된 것은 대략 25GB의 데이터 기억용량을 제공하는 블루레이 디스크(BD) 포맷이다(CD의 650MB의 용량과 DVD의 4.7GB의 용량과 비교하기 바란다).
더 큰 용량의 기억은 작은 주사 파장과 큰 개구율(NA)을 사용하여, 작은 초점 스폿들(초점 스폿의 크기는 대략 λ/NA이다)을 제공하여, 디스크의 정보층의 더 작은 크기의 마크들의 판독을 허용하여 가능해진다. 예를 들어, 전형적인 CD 포맷은 785nm의 파장과 0.45의 개구율을 갖는 대물렌즈를 사용하며, DVD는 650nm의 파장과 0.65의 개구율을 사용하고, BD 시스템은 405nm의 파장과 0.75의 개구율을 사용한다.
전형적으로, 재료의 굴절률은 파장의 함수로서 변한다. 따라서, 렌즈는 다른 입사 파장에 대해 다른 초점과 다른 성능을 제공한다. 더욱이, 디스크는 다른 두께의 투명층을 가져, 다양한 형태의 디스크에 대해 다른 초점을 요구한다.
일부의 경우에, 디스크당 정보층들의 수를 증가시킴으로써 저장용량이 더 증가된다. 예를 들어, 이중층 BD 디스크는 25㎛ 두께의 스페이서층에 의해 떨어진 2개의 정보층을 갖는다. 이에 따라, 광학 픽업장치로부터의 빛이 제 2 정보층에 포커싱될 때 스페이서층을 통해 진행해야 한다. 이것은, 빛의 수렴 원추의 축에 가까운 광속이 원추의 외부에 있는 광속에 비해 다른 초점을 갖는 현상인 약 255mλ(0.255λ 제곱평균제곱근) rms의 구면수차를 제공한다. 이것은 초점의 흐려짐과 이에 따르는 디스크의 판독성능의 손실을 일으킨다.
이중층 판독과 하위 호환성(즉, 다른 디스크 포맷들에 대해 동일한 광학 시스템이 사용된다)을 가능하게 하기 위해, 구면수차를 보상하는 편광 감지 렌즈(PS 렌즈)가 제안되었다. 이 렌즈는 액정 등의 복굴절 재료로 형성될 수 있다. 복굴절은 빛의 빔의 2개의 편광 성분에 대해 다른 굴절률이 존재한다는 것을 나타낸다. 복굴절 재료는 이상 굴절률(ne)과 정상 굴절률(no)을 가지며, 이들 굴절률 사이의 차이는 Δn=ne-n0이다. PS 렌즈는 동일하거나 다른 파장이 다른 편광을 갖는 렌즈에 입사되도록 확보하여 한 개 또는 다른 파장(들)에 대해 다른 초점들을 제공하는데 사용된다.
광학저장에서의 새로운 조류는 다중층 또는 3D 레코딩이다. 이 기술의 한가지 예는 다수의 형광층들을 적층하여 한 개의 디스크 상의 데이터 저장용량을 증가시키는데 근거를 둔다. 다중층 스택들은 또한 디스크 내부의 복수의 특정한 깊이에서 레이저 빔의 정밀한 포커싱을 가능하게 하는 광 경로를 요구한다. 광학 디스크 주사 시스템에 존재하는 액추에이터들이 대물렌즈가 디스크로부터 일정한 거리 범위에서 움직일 수 있게 하더라도(또한 일정한 범위의 거리에 걸쳐 초점이 움직일 수 있게 하더라도), 이러한 이동 범위가 제한되고, 다목적 다중층 기록 시스템에 필요한 초점 깊이 범위를 제공할 수 없다.
본 발명의 실시예들의 목적은, 여기에서 언급하거나 다르게 언급되는, 종래기술의 한가지 이상의 문제점을 해소하는 개량된 광학부품을 제공하는 것이다.
본 발명의 특별한 실시예들의 목적은, 부품들의 광학 기능을 조정할 수 있는 2개의 복굴절 재료를 포함하는 광학 부품과, 이 부품을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 특별한 실시예들은 소정 범위의 깊이에 거쳐 조절가능하게 변할 수 있는 초점을 갖는 광학 렌즈를 제공한다.
제 1 국면에서, 본 발명은, 가공된 계면(206)에 의해 제 2 복굴절층(170)에 연결된 제 1 복굴절층(203)과, 제 1 및 제 2 층을 통과하는 광축(19)을 포함하고, 최소한 제 2 복굴절층(170)은 광축에 대해 제 1 배향과 제 2 배향 사이에서 이동가능한 분자들을 갖고, 제 2 복굴절층의 굴절률이 분자들의 배향에 의존하는 광학부품(181)을 제공한다.
이러한 2가지 재료를 갖는 광학부품을 제공함으로써, 계면에 의해 형성되는 광학 기능이 분자들의 배향을 변경하여 변경될 수 있다. 예를 들어, 가공된 계면이 만곡되면, 계면에 의해 제공되는 렌즈 성능이 분자들의 배향을 변경하여 변화될 수 있다.
다른 국면에서, 본 발명은, 광학 기록매체(2)의 정보층(4)을 주사하는 광학 주사장치(1)가 제공되며, 이 장치는, 방사빔(12, 15, 20)을 발생하는 방사선 발생원(11)과, 정보층에 방사빔을 집광시키는 대물 시스템(18)을 구비하고, 상기 장치(1)는 광학 부품(181)을 구비하며, 광학 부품은 가공된 계면(206)에 의해 제 2 복굴절층(170)에 연결된 제 1 복굴절층(203)과, 제 1 및 제 2 층을 통과하는 광축(19)을 포함하고, 최소한 제 2 복굴절층(170)은 광축에 대해 제 1 배향과 제 2 배향 사이에서 이동가능한 분자들을 갖고, 제 2 복굴절층의 굴절률이 분자들의 배향에 의존하는 광학 주사장치를 제공한다.
다른 국면에서, 본 발명은, 제 1 복굴절층(203)과 제 2 복굴절층(170)을 포함하는 광학 부품(181)의 제조방법을 제공하며, 이 방법은, 가공된 표면(206)을 갖는 제 1 복굴절층(203)을 제공하는 과정과, 제 1 복굴절층의 가공된 표면(206)에 인접하여 제 2 복굴절층(17))을 제공하는 과정을 포함하고,
제 2 복굴절층의 분자들이 제 1 복굴절층(203)과 제 2 복굴절층(170)을 통과하는 광축(19)에 대해 제 1 배향과 제 2 배향 사이에서 이동가능하게 배치된다.
다른 국면에서, 본 발명은, 광학 기록매체(2)의 정보층(4)을 주사하는 광학 주사장치(1)의 제조방법을 제공하며, 이 방법은, 방사빔(12, 15, 20)을 발생하는 방사선 발생원(11)을 제공하는 과정과,
정보층에 방사빔을 집광시키는 대물 시스템(18)을 제공하는 과정과, 광학 부품(181)을 제공하는 과정을 포함하고, 광학 부품은 가공된 계면(206)에 의해 제 2 복굴절층(170)에 연결된 제 1 복굴절층(203)과, 제 1 및 제 2 층을 통과하는 광축(19)을 포함하고, 최소한 제 2 복굴절층(170)은 광축에 대해 제 1 배향과 제 2 배향 사이에서 이동가능한 분자들을 갖고, 제 2 복굴절층의 굴절률이 분자들의 배향에 의존한다.
본 발명의 더욱 더 양호한 이해를 위해, 그리고 본 발명의 실시예가 수행되는 방법을 보이기 위해, 다음의 첨부도면을 참조한다:
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 부품의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2a-도 2f는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 액정 렌즈의 제 1 부분의 형성시의 방법 단계들을 나타낸 것이다.
도 3a-도 3d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 액정 렌즈의 최종 부분의 형성시의 방법 단계들을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광학 기록매체를 주사하는 장치를 나타낸 것이다.
도 5는 도 4에 도시된 주사장치의 광학 시스템이 이중층 광학 기록매체 내부의 다른 층들을 주사하기 위해 빛의 다른 편광과 사용될 수 있는 방법을 나타낸 것이다.
도 6a 및 도 6b는 액정의 제 2 층의 다른 배향을 갖는, 도 1에 나타낸 액정 렌즈의 단면도이다.
광학 부품들(또는 광학 부품들의 일부들, 광학 성분들)은 빛을 포커싱하거나(예를 들면, 볼록 렌즈) 또는 빛을 발산하기 위해(예를 들면, 오목 렌즈) 만곡된 표면을 포함할 수 있다. 만곡된 표면을 갖는 복굴절 광학 부품들은 편광된 방사빔이 광학 부품에 입사할 때의 각도에 따라 다른 포커싱 또는 발산 효과를 제공한다.
마찬가지로, 다른 부품들의 광학 기능이 단차 기능 및 격자 등의 다른 형태의(즉, 비평면)에 의해 제공된다.
본 발명자들은, 만곡된(또는 이와 다르게 형성된) 표면에 근접하여 추가 복굴절 재료를 형성하고, 이 추가 재료의 복굴절의 배향을 조절가능하게 변경할 수 있으면, 광학 부품의 광학 기능들(예를 들면, 만곡된 표면에 의해 형성된 렌즈의 도수)을 제어가능하게 변경할 수 있다는 것을 인식하였다. 더욱이, 복굴절 재료가 다른 빛의 편광에 대해 다른 굴절률들을 제공하므로, 광학 부품에 입사되는 빛의 다른 편광을 제공함으로써, 다른 기능들이 실현될 수도 있다. 이에 따라, 이 광학 부품은, 편광된 방사선의 입사각을 변경하고, 복굴절층들에서 최소한 한 개의 배향을 변경함으로써, 다른 선택적인 기능을 제공할 수 있다.
결과적으로, 단차 구조와 격자 등의 다르게 형성된 표면에 대해, 이 부품들의 광학 기능이 추가 복굴절 재료의 배향을 변경하여 조절가능하게 변형될 수 있다. 더욱이, 이들 두가지 재료는 복굴절을 가지므로, 다른 입사 편광에서 빛을 제공하여 다른 광학 기능이 실현될 수도 있다.
무기 복굴절 재료(예를 들면, 방해석 등의 결정)에서는, 원자 구조가 비대칭이다. 이것은 다른 방향에서 재료의 물리 상수에 이방성을 일으킨다. 이들 중에서 한가지는 굴절률이다. 다른 광축을 따라 진행하는 빛의 편광 빔을 고려하자. 광축에 수직하고 평행하게 주행시에 다른 굴절률이 관찰되는 한 개의 광축이 존재한다. 일반적으로, 그러나 항상 그런 것은 아니지만, 3개의 축들 중에서 2개는 제 3 축의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는다.
액정 등의 유기 결정에서는, 원자 구조의 차이에 대해 언급할 수는 없더라도 이와 유사한 현상이 일어난다. 일반적으로, 그러나 항상 그런 것은 아니지만, 3개의 축들 중에서 2개는 세 번째 축보다 낮은 굴절률을 갖는다.
액정의 분자들이 정렬되는 방향은 방향자로 불린다. 방향자와 평행한 편광면을 갖고 전파되는 빛은 이상 굴절률 ne를 겪게 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 부품(181)을 나타낸 것이다. 광학 부품(181)은 렌즈의 형상을 갖는 제 1 층의 복굴절 재료(203)를 포함한다. 이 특별한 실시예에서는, 복굴절 재료(203)가 평면볼록 렌즈로서의 형상을 가지며, 이 렌즈의 볼록 부분은 만곡된 표면(206)에 의해 한정된다, 이 렌즈는 고체 몸체, 예를 들면, 중합된 액정으로서 형성된다.
이 렌즈의 평면측은 투명 전극(150)에 접속된다. 전극은 투명 도전체 ITO(Indium Tin Oxide)의 층으로 덮인 유리 기판으로 형성된다.
제 2 복굴절 재료의 층(170)은 제 2 투명 전극(160)으로부터 제 1 복굴절 재료(203)를 분리한다. 제 2 전극은 다시 유리와 ITO로 형성된다. 제 2 복굴절 재료(170)는 재료의 복굴절 특성의 배향이 조절가능하게 변경될 수 있도록 배치된다.
이와 같은 특별한 실시예에서는, 복굴절 재료들 모두가 액정으로 형성된다. 제 1 복굴절 재료의 융기된 몸체는 중합된 액정으로 형성된다. 제 2 복굴절 재료는 네마틱 상을 갖는 액정이다. 제 2 복굴절 재료의 분자들은 2개의 다른 배향 사이에서 움직이도록 배치된다.
네마틱 액정의 제 1 배향은 네마틱 액정을 둘러싸는 표면들 중에서 최소한 한 개에 배치된 한 개 이상의 배향층들에 의해 결정된다. 이때 배향층은 폴리이미드(PI)로 형성된다. 이와 같은 특별한 실시예에서는, 2개의 배향층이 사용된다. 각각의 배향층은 액정을 둘러싸는 케이스의 반대 표면에 놓인다. 각각의 이들 표면은 광축(19)에(최소한 광축(19) 바로 근처에) 대략 수직하게 연장된다. 특히, 제 1 배향층(162)은 전극(160)의 내부 표면에 배치된다. 나머지 배향층은 전극의 반대 표면에, 즉 만곡된 표면(206)에 놓인다.
이들 배향층은 서로에 대해 모든 바람직한 배향을 취할 수 있으며, 예를 들면, 서로에 대해 평행하거나 실제로 서정의 각도를 가질 수도 있다. 액정 내부의 방향자들은 배향층의 배향과 정렬되려는 경향이 있다. 따라서, 이것은 방향자들, 즉 액정 내부의 분자들의 제 1 배향을 정의한다(따라서, 재료(170)의 복굴절 특성의 배향을 정의한다). 더욱이, 이들 배향층들은 제 1 층(203) 내부의 복굴절 재료의 배향에 대해 임의의 소정의 각도로 배향될 수 있다.
이와 같은 특별한 실시예에서는, 제 1 재료가 광축에 대략 수직하게 방향자들과 정렬된다. 제 1 재료상의 배향층도 광축에 수직하게 배향된다. 더욱이, 이 배향층은 동시에 제 1 층(203) 내부의 복굴절 재료의 배향에 수직하도록 배향된다. 이와 달리, 전극 상의 배향층(162)은 제 1 재료의 배향과 평행하도록(또한, 마찬가지로 광축(19)에 수직하게) 배치된다.
결과적으로, 2개의 배향층이 서로 90° 배향되므로, 제 2 층(170)을 형성하는 네마틱 상의 액정이 트위스티드 네마틱 상태로 배열된다. 환언하면, 액정의 방향자들은 광축을 따라 거리를 두고 회전한다. 배향층(162)에 인접한 제 2 층의 액정의 방향자들은 제 1 층(203)의 방향자들과 평행하다. 그러나, 광축(19)을 따른 거리의 함수로써, 제 2 층(170)의 방향자들의 배향이 점진적으로 변하여, 만곡된 계면(206)에서, 방향자들이 제 1 층(203)의 방향자들과 수직할 때까지, 방향자들이 서서히 회전한다.
제 2 층 내부에서의 방향자들의 이와 같은 90° 회전은, 전극(160)에 인접한 층의 부분의 복굴절이 만곡된 계면(206)에 인접한 부분과 다르게 된다는 것을 의미한다. 특히, 복굴절 특성이 방향자들이 겪는 동일한 90°만큼 회전한다. 더욱이, 광학 부품을 통과하는 편광된 방사선도 90° 회전한다.
이와 같은 특별한 실시예에서는, 광학 부품이 제 2 층(170)의 전체 배향을 변화시키도록 배치된 구동수단(172, 174)을 구비한다. 이와 같은 특별한 실시예에서는, 이 층(170)의 제 1 배향이 배향층들에 의해 정의된다. 그러나, 제 2 배향은 제 2 층(170) 양단에 전기장을 인가하는 역할을 하는 구동수단에 의해 제공된다. 따라서, 제 2 층(170) 내부의 방향자들이 전기장(전기장이 충분히 크다면)과 정렬된다. 이러한 특별한 실시예에서는, 전기장이 광축(19)과 평행하도록 배치된다. 전기장은 2개의 전극(150, 160) 양단에 전압 Vs를 가하여 제공된다. 이 전압 Vs는 스위치(174)가 닫혔을 때 전압원(172)에 의해 전극들(150, 160)에 주어진다.
스페이서들(164)은 제 2 층(170)의 폭을 정의하며, 제 2 층의 액정을 둘러싸는 역할을 한다. 이들 스페이서층은 임의의 원하는 재료로 형성될 수 있으며, 유리 는 포일 등의 투명 재료로 형성될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 제 2 층(170)이 각각 제 1 배향과 제 2 배향을 각각 갖는 광학 부품의 실시예를 나타낸 것이다. 제 2 층의 배향을 변경하는 효과의 상세한 설명은 이들 도면을 참조하여 이하에서 주어진다.
도 2a-도 2f는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 부품의 제 1 부분을 형성하는 각각의 단계를 나타낸 것이다. 본 특별한 예에서는, 광학 부품이 액정 복굴절 렌즈를 구비한다.
제 1 단계에서, 도 2a에 도시된 것과 같이, 몰드(100)가 제공되며, 이 몰드는 나중에 얻어진 광학 부품의 형상의 일부를 정의하는 역할을 하는 가공된 표면(102)을 갖는다. 본 특별한 예에서는, 액정이 궁극적으로 광중합되며, 이 결과 몰드가 액정을 중합하는데 사용된 방사선에 투명한 재료, 예를 들어 유리로 제조된다.
배향층(110)은 만곡된 표면(102)에 배치되어, 나중에 배향층에 놓이는 액정 내부에 소정의 배향(화살표 방향 110으로 표시)을 유도한다.
이와 같은 특별한 실시예에서는, 배향층이 폴리이미드(PI)의 층이다. 폴리이미드는 용액으로부터 스핀코팅을 사용하여 도포된다. 그후, 폴리이미드는 특정한 배향(이와 같은 배향은 액정 분자의 얻어진 배향을 결정한다)을 유도하도록 배치된다. 예를 들어, 공지의 공정은 부드러운 천으로 폴리이미드층을 한 방향으로 분질러 이와 같은 배향(110)을 유도하는 것이다.
본 특별한 실시예에서는 광학 부품의 일부를 형성하는 기판(150)은 유리 기판 위에 ITO의 층을 포함한다. 접착층(120)이 기판(150)의 제 1 표면(152)에 도포된다. 이 접착층은 액정과 결합을 형성하도록 배치된다. 이 특별한 예에서는, 접착층이 폴리이미드를 포함하는 배향(또는 방향)층이기도 하다. 접착층은 액정 분자들과 화학 결합을 형성하도록 배치된 반응기를 포함하고, 이 예에서는 액정 분자들과 동일한 형태의 반응기를 가져, 액정 분자들을 광중합할 때, 기판 상의 접착층과의 화학 결합이 생긴다. 이것은 기판과 액정층 사이에 매우 우수한 응착을 제공한다. 접착층은 몰드(100)에 배향층을 적층하여 배향시키는데 사용된 공정과 동일한 공정을 사용하여 기판에 적층된다. 본 예에서는 배향층으로서의 역할도 하는 접착층은 얻어진 액정 성분들의 원하는 특성에 따라 소정의 방향(화살표 120)으로 배향된다.
접착층은 몰드 상의 배향층의 방향(110)에 평행하게 배치된다. 바람직하게는, 접착층의 배향은 배향층의 방향과 평행하지만 반대 방향이다.
도 2b에 나타낸 것과 같이, 한 개 이상의 액정을 포함하는 화합물(200)이 기판(150)의 제 1 표면(152)과 몰드(100)의 가공된 표면(120) 사이에 놓인다.
이 특별한 실시예에서는, 도 2b에 나타낸 것과 같이, 화합물(200)이 2가지 다른 액정들의 혼합물을 포함한다. 이들 2가지 다른 액정들은 액정들 중에서 최소한 한 개가 중합되면 원하는 굴절률 특성을 제공하도록 선택된다.
액정(200)의 방울이 기판의 제 1 표면(152)에 놓인다. 화합물(200)은 얻어진 광학 부품 내부에 기포의 혼입을 방지하기 위해 탈기된다. 중합중의 수축이 중합 액체 내부에 큰 압력 저하를 일으키기 때문에, 이것은 중합 중에 고화 액체에서 발생된 용해 가스에서 기포를 형성하는 것을 방지한다.
그후, 유리 몰드를 가열하여 액정이 등방성 상(전형적으로는 약 80℃-120℃)이 되도록 하여, 나중에 액정이 원하는 형태로 유동하는 것을 촉진시킨다.
그후, 기판과 몰드를 붙여 최종적으로 얻어지는 광학 부품의 액정 부분(201)의 형태를 형성한다(도 2c). 액정이 몰드와 기판 사이에서 균일한 층을 형성하도록 확보하기 위해, 압력을 가하여 기판을 몰드를 향해 가압한다(또는 역으로 행한다).
그후, 기판/몰드/액정을 예를 들어 30분 동안 실온으로 냉각하여 액정이 등방성 상으로부터 발생되는 네마틱 상에 들어가게 한다.
네마틱 상에 들어가면, 액정 혼합물에 다중 영역들이 생긴다. 이에 따라, 다중 영역 배향을 파괴하기 위해 혼합물을 투명점까지 가열할 수 있다(예를 들어, 혼합물을 3분 동안 105℃로 가열한다). 그후, 혼합물을 냉각하여 균일한 배향(202)을 얻는다(도 2d).
그후, 예를 들어 60초간 10mW/cm2의 UV 광 세기를 가하여, 자외선 방사선 발생원(300)으로부터 빛을 사용하여 균일한 액정 혼합물을 광중합한다. 동시에, 액정과 접착층 사이에 화학 결합이 형성된다.
그후, 광학 부품(150, 203)의 제 1 요소(또는 부분)를 몰드(100)에서 분리한다(도 2f). 이것은 예를 들면 각이 진 물체(400) 위에 몰드(100)를 약간 절곡시켜 얻을 수 있다. 다른 대안으로, 이것은 평탄한 기판의 일부를 평탄한 지지체에서 눌러 평탄한 기판을 약간 절곡시켜 달성할 수도 있다. 액정/기판 요소는 (반응기를 갖지 않는) 일반적인 폴리이미드가 몰드에 사용되므로 몰드에서 쉽게 분리된다.
몰드는 도 2b-도 2f에 나타낸 단계들을 반복하여 부품의 요소들을 제조하는데 나중에 재사용할 수 있다. 전형적으로, 배향층은 몰드(100)에 남으므로, 재도포할 필요가 없다.
필요하면, 기판(150)에서 액정(202)을 제거하기 위해 추가 공정 단계가 행해질 수도 있다. 그러나, 대부분의 예에서는, 기판(105)이 최종 광학 부품의 일부를 형성하는 것으로 가정한다.
도 3a-도3d는 제 2 복굴절층을 형성하여 광학 부품을 완성하는 연속적인 단계들을 나타낸 것이다. 마찬가지로, 이 특별한 실시예에서, 액정을 사용하여 제 2 층을 형성한다.
도 3a는 제 1 복굴절층(203)의 만곡된 표면에 배치되는 제 1 배향층(폴리이미드)을 나타낸다. 이 특별한 실시예에서는, 배향층이 제 1 복굴절층(203) 내부의 방향자들의 배향에 수직하게 배향된다.
제 2 기판(160)은 부품의 제 1 부분(150, 203)에 대략 평행하지만 이격되게 배치된다. 기판(160)은 전극을 형성하는데 사용되며, 이에 따라 유리 및 ITO로 형성된다. 배향층(162)은 제 1 층(203)의 만곡된 표면(206)에 인접한 기판(160)의 표면에 놓인다. 배향층(160)은 다시 폴리이미드(PI)로 형성된다. 그러나, 본 예에서는, 폴리이미드층(162)이 제 1 층(203)의 방향자와 평행하게 배치된다.
도 3c에 나타낸 것과 같이, 스페이서들(164)이 2개의 기판들(150, 160)을 떼어놓게 배치된다. 스페이서들의 길이는 기판들(150, 160) 사이의 거리와 복굴절 재료의 제 2 층의 두께를 정의한다. 스페이서들은 최종적으로 기판들 150 및 160과 제 1 층(203)을 따라 배치되어 제 2 복굴절층(170)을 둘러싼다. 이에 따라, 스페이서들은 충전 구멍과 공기 구멍만을 남긴 채 기판(105, 160)의 외주 주위에 온통 접착된다.
그후, 모세관 셀 충전을 사용하여 충전 구멍을 통해 밀봉된 공간을 채운다. 그후, 충전 구멍과 공기 방출 구멍을 폐쇄하여(예를 들면, 플러그 또는 접착제를 사용), 광학 부품(181)을 형성한다. 도 3d에 표시된 것과 같이, 제 2 층(170)이 배향층에 바로 인접하게 배치되도록 배향된다. 결과적으로, 사용된 배향층들이 서로 수직하므로, 제 2 층(170)이 트위스티드 네마틱 상으로 존재한다.
상기한 제조방법을 사용하여, 투명 도전층 사이에 2개의 복굴절 재료로 제조된 광학 부품이 형성된다. 제 2 복굴절 재료는 도전층들에 전압을 가하여 들어온 광 빔의 편광을 능동적으로 전환할 수 있다. 나머지 복굴절층은 수동층일 수 있다. 2개의 층들 사이의 가공된 계면은 광학 기능을 제공하는 임의의 원하는 형태를 가질 수 있지만, 바람직한 실시예에서는 만곡된 표면이다. 이 표면의 곡률은 수차를 최소로 하는 광학 품질을 갖는다.
이와 같은 특별한 바람직한 실시예에서는, 다초점 렌즈를 제공하기 위해, 능동층(170)의 정상 및 이상 굴절률이 각각 수동층의 정상 및 이상 굴절률과 동일하도록 2개의 재료를 선택하였다.
도전층들에 인가될 수 있는 전압(Vs)은 트위스티드 네마틱 상태의 면내 트위스트를 완전히 상쇄하고 전기장과 정렬되는 방향자들을 생성하는데 충분하다.
이 결과, 도 1에 도시된 것과 대략 유사한 광학 부품이 얻어진다.
배향층에 사용하기 위한 적합한 폴리이미드는 Japan Synthetic Rubber Co.에 의해 공급되는 OPTMER AL-1051인 한편, Arch Chemical의 Durimide 7505가 접착층으로서 메타크릴레이트기를 갖는 적절한 반응성 폴리이미드로 사용될 수 있다.
제 1 (수동)층으로 사용되는 재료는 바람직하게는 반응성 액정 재료를 포함한다. 바람직하게는, 액정을 갖는 메소게닉 작용기는 1개 이상의 중합가능한 작용기에 의해 종단 또는 측면 캡핑된다. 이 재료는 특정한(바람직하게는 비교적 넓은) 온도 범위에서 네마틱 상을 나타낼 수 있다. 중합가능한 작용기는 메타크릴레이트, 아크릴레이트, 옥시란, 옥시탄, 비닐 에테르, 또는 기타 반응기일 수 있다.
상기한 것과 같이, 바람직한 실시예에서는, 원하는 ne와 n0를 얻기 위해 2가지 액정의 혼합물을 제 1 층(203)으로 사용하였다. 사용된 2가지 액정은 Merck, Darmstadt, Germany의 1,4-디(3-아크릴로일옥시프로필옥시)벤조일옥시)-2-메틸벤젠(RM 257) 및 RM 82이다. 제 1 층(203)의 액정의 광중합을 확보하기 위해 사용된 광개시제는 Ciba Geigy, Basel, Switzerland에서 입수할 수 있는 Irgacure 651이다.
제 2 층(170)은 바람직하게는 네마틱 액정이다. 제 2 층은 E7(시아노트리페일 화합물의 작은 부분을 갖는 시아노비페닐 혼합물)으로 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 대물렌즈(18)를 구비한 광학 기록매체(2)를 주사하는 장치(1)를 나타낸 것이다. 기록매체(는 투명층(3)을 구비하고, 이것의 일면에는 정보층(4)이 배치된다. 투명층의 반대측을 향하는 정보층의 면은 보호층(5)에 의해 환경적인 영향에서 보호된다. 장치를 마주보는 투명층의 면은 입사면(6)으로 불린다. 투명층(3)은 정보층에 대해 기계적 지지체를 제공하여 기록매체에 대한 지지체로서의 역할을 한다.
이의 대안으로, 투명층이 정보층을 보호하는 단독 기능을 가지는 한편, 기계적 지지가 정보층의 다른 면에 있는 층, 예를 들면, 보호층(5)에 의해 또는 정보층(4)에 연결된 추가적인 정보층과 투명층에 의해 제공된다. 정보는 도면에 나타내지 않은 거의 평행, 동심원 또는 나선형 트랙으로 배치된 광학적으로 검출할 수 있는 마크들의 형태로 기록매체의 정보층(4)에 저장된다. 이 마크는 광학적으로 판독가능한 형태, 예를 들어 피트의 형태, 또는 그들의 주위와 다른 반사계수 또는 자화의 방향을 갖는 영역들, 또는 이들 형태의 조합을 갖는다.
주사장치(1)는 방사빔(12)을 방출할 수 있는 방사선 발생원(11)을 구비한다. 방사선 발생원은 반도체 레이저일 수도 있다. 빔 분할기(13)는 발산하는 방사빔(12)을 콜리메이터 렌즈(14)를 향해 반사시키고, 이것은 발산하는 빔(12)을 시준된 빔(15)으로 전환한다. 시준된 빔(15)은 대물 시스템(18)에 입사한다.
대물 시스템은 한 개 이상의 렌즈 및/또는 격자를 구비한다. 대물 시스템(18)은 광축(19)을 갖는다. 대물 시스템(18)은 빔(17)을 기록매체(2)의 입사면(6)에 입사하는 수렴된 빔(20)으로 변화시킨다. 대물 시스템은 투명층(3)의 두께를 통한 방사빔의 통과에 맞추어진 구면수차 보정을 갖는다. 수렴된 빔(20)은 정보층(4)에 스폿(21)을 형성한다. 정보층(4)에 의해 반사된 방사선은 대물 시스템(18)에 의해 거의 시주된 빔(23)으로 변환되고 그후 콜리메이터 렌즈(14)에 의해 수렴된 빔(24)으로 변환되는 발산하는 빔(22)을 형성한다. 빔 분할기(13)는 수렴하는 빔(24)의 최소한 일부를 검출 시스템(25)을 향해 투과시켜 전방 빔과 반사된 빔을 분리한다. 검출 시스템은 방사선을 캡처하고 전기 출력신호(26)로 변환한다. 신호 처리기(27)는 이들 출력신호를 다수의 다른 신호로 변환한다.
이들 신호들 중에서 한 개는 정보신호(28)이며, 이것의 값은 정보층(4)에서 판독된 정보를 표시한다. 정보신호는 오류정정용 정보처리 유닛(4)에 의해 처리된다. 신호 처리기(27)에서 발생된 나머지 신호들은 포커스 에러신호와 래디얼 에러신호(30)이다. 포커스 에러신호는 스폿(21)과 정보층(4) 사이의 높이의 축방향 차이를 표시한다. 래디얼 에러신호는 스폿(21)과 스폿에 의해 추종되는 정보층 내부의 트랙 중심 사이의 정보층(4)의 평면에서의 거리를 표시한다.
포커스 에러신호와 래디얼 에러신호는 서보회로(31)로 제공되고, 서보회로는 이들 신호를 서보 제어신호(32)로 변환하여 포커스 액추에이터와 래디얼 액추에이터를 각각 제어한다. 액추에이터들은 도면에 나타내지 않았다. 포커스 액추에이터는 대물 시스템(18)의 위치를 초점 방향(33)으로 제어함으로써, 스폿(21)의 실제 위치가 정보층(4)의 평면과 실질적으로 일치하도록 제어한다. 래디얼 액추에이터는 방사 방향(340으로 대물렌즈(18)의 위치를 제어함으로써, 스폿(21)의 방사상 위치가 정보층(4)에서 추종되는 트랙의 중심선과 실질적으로 일치하도록 제어한다. 도면에서 트랙들은 도면의 평면에 수직한 방향으로 달린다.
본 특별한 실시예에서 도 4의 장치는 기록매체(2)보다 두꺼운 투명층을 갖는 제 2 형태의 기록매체도 주사하도록 변형된다. 장치는 방사빔(12) 또는 제 2 형태의 기록매체를 주사하기 위해 다른 파장을 갖는 방사빔을 사용한다. 이 방사빔의 NA는 기록매체의 형태에 따라 변형된다. 대물 시스템의 구면수차 보상이 이에 따라 변형되어야만 한다.
도 5는 주사장치(1) 내부에 사용되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학부품(181)을 나타낸 것이다. 도 6a 및 도 6b는 (비록, 액정이 사실상은 제로값과 Vs 사이에 인가된 전압을 변화시켜 이들 2개의 극단부 사이에서 제어되게 연속적으로 변할 수 있기는 하지만) 액정의 제 2 층의 2가지 극단적인 배향을 나타낸 것이다.
도 5에 도시된 것과 같이, 광학부품(181)은 주사장치의 대물 시스템(18) 내부에 놓일 수 있다. 평행 빔(15)의 편광을 적절히 제어하고, 장치 내의 제 2 층(170)의 배향을 제어하여, 대물 시스템(18)이 다중층 디스크(2') 내부의 다른 층들(4a, 4b, 4c, 4d …)을 주사하기 위해 사용될 수 있다.
대물 시스템(18)은 광학 부품(181)과 포커싱 렌즈(182)를 구비한다. 포커싱 렌즈(182)는 광학 부품(181)으로부터 정확한 정보층 상의 스폿으로 빔(이것은 평행, 발산 또는 수렴할 수 있다)을 포커스하도록 배치된다. 광학 부품(181)은 평행 편광된 빔(15)을 주사될 원하는 정보층(4a, 4b, 4c, 4d…)에 의거하여 정확한 발산, 수렴 또는 평행 상태로 변경하는 역할을 한다. 임으로, 대물 시스템(18)은 광학 부품(181)으로부터 빔의 편광 선택을 하는 편광기를 더 구비할 수 있다(일부 예에서는, 광학부품에서의 빔이 광학 부품의 상태에 의거하여 2개의 방향으로 분할된다).
도 6a는 트위스티드 네마틱 상태에서의 제 2 층(170)을 갖는 렌즈(181)를 나타낸 것이다(즉, 전극들 150, 160에 전압이 인가되지 않는다). 도 6b에는, 전압 Vs가 인가되어 전극들(150, 160) 사이에 전기장을 유도한다. 전기장은 복굴절층(170)의 면내 트위스트의 완전한 상쇄를 위해 충분히 높다.
렌즈(181)의 광학 특성은 층(170)의 배향에 따라 변한다는 것을 알 수 있다. 더욱이, 광학 특성들은 물론 층들 사이의 굴절률에 의거하여 변한다. 이 특별한 실시예에서는, 복굴절층(170)의 굴절률이 수동층(203)의 개별적인 굴절률(n0, ne)과 부합되게 선택되었다.
렌즈(181)에 의해 제공된 렌즈 성능은 들어온 빛의 편광(예를 들어, 들어온 빛의 편광 상태가 수동층(203) 내부의 방향자들의 방향과 평행한지 또는 수동층(203) 내부의 방향자들의 방향과 수직한지 여부)과, 입사광의 방향, 즉 빛이 먼저 수동층(203)(화살표 A로 표시)에 입사되는지 또는 빛이 먼저 능동층(170)(화살표 B로 표시)에 입사되는지에 의거하여 변한다. "오프 상태"가 전압이 인가되지 않는 것(도 6a에 나타냄)에 해당하고, "온 상태"가 면내 트위스트를 완전히 상쇄하는데 충분한 전압이 인가되는 것에 해당하는 표시를 사용하면, 다음과 같은 상태가 존재하는 것을 볼 수 있다.
(1) 빛이 수동층을 통해 렌즈에 입사한다
(방향 A)
(i) 오프 상태이며 빛의 들어온 편광 상태가 입사시에 수동층의 방향자와 평행하다: ne로부터 n0로의 전환이 계면에서 일어나므로, 만곡된 표면이 양성 렌즈로서의 역할을 한다. 더욱이, 능동층에서는 편광이 90°회전한다.
(ii) 오프 상태이며 빛의 들어온 편광 상태가 입사시에 수동층과 방향자와 수직하다: ne로부터 n0로의 전환이 계면에서 일어나므로, 만곡된 표면이 음성 렌즈로서의 역할을 한다. 더욱이, 능동층에서는 편광이 90°회전한다.
(iii) 온 상태이며 빛의 들어온 편광 상태가 입사시에 수동층의 방향자와 평행하다: ne로부터 no로의 전환이 계면에서 일어나므로, 만곡된 표면이 양성 렌즈로서의 역할을 한다. 편광의 추가적인 변화는 없다.
(iv) 온 상태이며 빛의 들어온 편광 상태가 입사시에 수동층의 방향자와 수직하다: 계면에서 전환은 일어나지 않으므로(n0에서 n0로), 만곡된 표면이 중성 렌즈로서의 역할을 한다. 편광의 추가적인 변화는 없다.
(v) 온 상태와 오프 상태 사이에서는, 굴절률이 ne와 n0 사이에서 선택되어, 여분의 선택 편광자를 사용하지 않고 양성으로부터 중성으로 다초점인 렌즈를 제공한다. 편광은 단지 제 2 층(능동층)에서 변한다. 형광 기록을 위해, 이와 같은 편광의 변화는 중요하지 않다.
(2) 빛이 능동층을 통해 렌즈에 입사한다(방향 B)
(i) 오프 상태이며 빛의 들어온 편광 상태가 입사시에 수동층의 방향자와 평행하다: 편광이 90°회전하고 수동층의 방향자에 수직한 편광 상태를 갖는 수동층에 빛이 입사한다. 이것은 2개의 층 사이의 계면에서의 ne에서 n0로의 전환을 의미한다. 능동층과 수동층 사이의 계면에서의 곡률과 결합하여, 이것은 음성 렌즈를 제공한다.
(ii) 오프 상태이며 빛의 들어온 편광 상태가 입사시에 수동층의 방향자와 수직하다: 편광이 90°회전하고 수동층의 방향자에 평행한 편광 상태를 갖는 수동층에 빛이 입사한다. 이것은 2개의 층 사이의 계면에서의 n0에서 ne로의 전환을 의미한다. 능동층과 수동층 사이의 계면에서의 곡률과 결합하여, 이것은 양성 렌즈를 제공한다.
(iii) 온 상태이며 빛의 들어온 편광 상태가 입사시에 수동층의 방향자와 평행하다: 편광의 회전이 일어나지 않는다. 계면에서 n0에서 ne로의 전환이 일어나, 만곡된 표면이 양성 렌즈로서의 역할을 한다.
(iv) 온 상태이며 빛의 들어온 편광 상태가 입사시에 수동층의 방향자와 수직하다: 편광의 회전이 일어나지 않는다. 계면에서 (no에서 ne로의) 전환이 일어나지 않으므로, 만곡된 표면이 중성 렌즈로서의 역할을 한다.
(v) 온 상태와 오프 상태 사이에서는, 부분적인 편광 전환이 일어나고 굴절률이 ne와 n0 사이에서 선택될 수 있다. 부분적인 편광 전환 때문에, 레이저빔이 완전히 수직하거나 완전히 평행하지 않은 편광 상태로 수동층에 입사한다(광속은 레이저 빔이 수동층에 입사할 때 2개의 방향으로 나뉜다). 이 때문에, 두가지 편광이 동시에 일어나는 결과를 갖지 않고 다초점 거동을 할 수 있도록, 부품 뒤에 편광 선택이 사용되어야 한다. 편광 선택은 별개의 편광기를 사용하여 행해질 수 있다.
전술한 실시예들은 단지 실예를 들기 위해 설명한 것으로, 다양한 대안이 당업자에게 자명하다는 것을 알 수 있다.
광학 부품을 형성하기 위해 적합한 물질과 특별한 제조 단계들의 특이적인 예를 기술하였지만, 이들도 마찬가지로 단지 실예를 들기 위해 제공된 것이다.
제조고정에서 사용된 몰드는 유리 등의 강성 재료를 포함하는 임의의 재료로 형성될 수 있다.
더욱이, 몰드의 가공된 표면은 방법 중에 액정 재료의 형상 또는 부피의 변화를 허용하도록 치수가 정해질 수 있다. 예를 들어, 액정 내부의 이중 결합이 단일 결합으로 변형되는 것에 의해, 전형적으로 액정 모노머들이 중합시에 약간 수축한다. 광학 부품을 기판에 의해 정의된 형태를 적절히 갖도록 하고, 몰드를 약간 크게 하여, 적절한 크기와 형상의 광학 부품을 제조할 수 있다.
기판이 2개의 평탄하고 실질적으로 평행한 면들 갖는 단일 시트의 유리를 포함하는 것으로 본 실시예에서는 나타내었지만, 기판이 사실상 임의의 원하는 형태를 가질 수 있다는 것을 알 수 있다.
(기판에 접착층을 증착하고 몰드에 배향층을 증착하기 이전에) 추가적인 부착층이 몰드 및/또는 기판에 도포되어, 도포된 층들이 몰드와 기판에 잘 부착되도록 할 수 있다. 예를 들어, 이와 같은 부착층을 제공하기 위해 유기실란이 사용될 수도 있다. 기판에 대해서는 메타크릴레이트기를 포함하는 유기실란이 사용될 수 있으며, 몰드에 대해서는 아민 말단기를 포함하는 유기 실란이 사용될 수 있다.
전술한 광학 부품들도 단지 실예를 들기 위해 설명된 것이라는 것을 알 수 있다. 광학 부품(또는 사실상, 본 발명에 따라 형성된 광학요소, 즉 광학 부품의 일부)은 상기한 것과 다른 특성을 갖거나, 다른 복굴절 재료로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 실시예에서는, 부품(180)의 제 2 층(170)의 굴절률이 제 1 층(203)의 대응하는 굴절률과 동일하다고 가정하였다. 그러나, 실제로는, 각각의 층에 대해 정상 및 이상 굴절률들의 어떠한 값도 사용될 수 있다. 예를 들어, 광학 부품은 나머지 층의 이상 굴절률과 같은 한 층의 정상 굴절률을 갖도록 형성될 수도 있다.
마찬가지로, 상기 실시예에서는, 광학 부품이 2가지 재료들 사이에 만곡된 계면을 갖는 것으로 설명하였지만, 이 계면은 사실은 광학 기능을 제공하는 임의의 형태를 가질 수도 있다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 계면은 단차 구조 또는 격자 구조일 수 있다. 이 경우에, 부품들의 광학 기능은 여전히 입사 편광 상태 및/또는 제 2 층의 배향에 의해 변경될 수 있다.
바람직한 실시예에서는, 광학 부품의 외표면(즉, 빛이 요소에 입사하고 출사하는 표면)이 2개의 평탄하고 평행한 표면을 갖는 것으로 가정하였다. 그러나, 이들 표면은 실제로는 오목 또는 볼록을 포함하는 임의의 원하는 형태가 될 수도 있다.
마찬가지로, 제 2 층은 2개의 특별한 배향 사이에서 전환가능한 것으로 일반적으로 설명하였지만, 제 2 층은 실제로는 임의의 수의 배향 사이에서 전환될 수 있다. 더욱이, 제 1 층은 임의의 소정의 배향을 가질 수 있으며, 실제로 원하는 경우에는, 제 1 층이 능동층, 즉 변화가능한 배향을 가질 수 있다.
바람직하게는, 능동층(들)은 2개의 소정의 배향 사이에서 연속적으로 조절가능하게 변할 수 있다. 예를 들어, 예시된 특별한 실시예에서는, 2개의 전극에 적당한 전압을 제공하여 도 6a 및 도 6b에 나타낸 2개 상태들 사이에서 제 2 층의 배향이 연속적으로 변할 수 있다.
더욱이, 바람직한 실시예에서는, 제 2 층의 배향 상태들 중에서 하나가 광축에 실질적으로 수직한 배향층에 의해 정의되는 것으로 나타내었지만, 이들 배향층들은 실제로는 임의의 소정의 배향을 가질 수 있다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 배향층은, 예를 들면, 스페이서(164)의 내부 표면에 배향층을 배치하여, 광축에 평행할 수도 있다. 원하는 경우에는, 제 2 층의 배향을 정의하기 위해 배향층이 사용되지 않을 수도 있다. 실제로, (예를 들어 스페이서들(164) 내부에 다른 세트의 전극들을 배체하여) 두가지 배향을 정의하는데 전극이 사용될 수도 있다.
상기한 모든 실시예에서는, 가공된 계면에 의해 분리된 최소한 2개의 인접하는 복굴절 재료들을 포함하는 광학 부품이 제공된다. 복굴절 재료들 중에서 최소한 한 개는 변화하여 가공된 계면의 기능(예를 들어, 렌즈 강도 또는 형태) 변화를 일으킨다. 결과적으로, 입사 광의 편광을 변화시키고 복굴절층의 배향을 변화시켜 계면의 기능이 변화할 수 있다. 이에 따라, 광학 부품이 신규하고 흥미롭게 이용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 가공된 계면에 의해 제 2 복굴절층에 연결된 제 1 복굴절층과, 제 1 및 제 2 층을 통과하는 광축을 포함하고, 최소한 제 2 복굴절층은 광축에 대해 제 1 배향과 제 2 배향 사이에서 이동가능한 분자들을 갖고, 제 2 복굴절층의 굴절률이 분자들의 배향에 의존하는 것을 특징으로 하는 광학부품.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 계면은 만곡된 표면인 것을 특징으로 하는 광학부품.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    제 1 복굴절층은 광축에 수직한 정상축과 광축에 수직한 이상축을 갖는 것을 특징으로 하는 광학부품.
  4. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 층과 제 2 층 중에서 최소한 한 개는 액정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학부품.
  5. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 층은 네마틱 상의 액정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학부품.
  6. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 배향에서, 광축에 대한 분자들의 각도가 광축을 따른 거리의 함수로 변하는 것을 특징으로 하는 광학부품.
  7. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 층은 액정을 포함하고, 제 1 배향은 트위스티드 네마틱 상의 액정에 해당하는 것을 특징으로 하는 광학부품.
  8. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 배향은 광축에 평행한 이상축을 갖는 제 2 층에 해당하는 것을 특징으로 하는 광학부품.
  9. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    분자들의 배향을 변경하도록 배치된 구동수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 광학부품.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 구동수단은 제 2 층에 전기장을 인가하도록 배치된 최소한 2개의 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학부품.
  11. 광학 기록매체의 정보층을 주사하는 광학 주사장치에 있어서,
    상기 장치는 방사빔을 발생하는 방사선 발생원과, 정보층에 방사빔을 집광시키는 대물 시스템을 구비하고, 상기 장치는 광학 부품을 구비하며, 광학 부품은 가공된 계면에 의해 제 2 복굴절층에 연결된 제 1 복굴절층과, 제 1 및 제 2 층을 통과하는 광축을 포함하고, 최소한 제 2 복굴절층은 광축에 대해 제 1 배향과 제 2 배향 사이에서 이동가능한 분자들을 갖고, 제 2 복굴절층의 굴절률이 분자들의 배향에 의존하는 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    광학 부품은 대물 시스템 내에서 조절가능한 렌즈를 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 주사장치.
  13. 제 1 복굴절층과 제 2 복굴절층을 포함하는 광학 부품의 제조방법에 있어서,
    가공된 표면을 갖는 제 1 복굴절층을 제공하는 과정과,
    제 1 복굴절층의 가공된 표면)에 인접하여 제 2 복굴절층을 제공하는 과정을 포함하고,
    제 2 복굴절층의 분자들이 제 1 복굴절층과 제 2 복굴절층을 통과하는 광축에 대해 제 1 배향과 제 2 배향 사이에서 이동가능하게 배치된 것을 특징으로 하는 광학 부품의 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    제 2 복굴절층은 모세관 셀 충전에 의해 설치되는 것을 특징으로 하는 광학 부품의 제조방법.
  15. 광학 기록매체의 정보층을 주사하는 광학 주사장치의 제조방법에 있어서,
    방사빔을 발생하는 방사선 발생원을 제공하는 과정과,
    정보층에 방사빔을 집광시키는 대물 시스템을 제공하는 과정과,
    광학 부품을 제공하는 과정을 포함하고, 광학 부품은 가공된 계면에 의해 제 2 복굴절층에 연결된 제 1 복굴절층과, 제 1 및 제 2 층을 통과하는 광축을 포함하고, 최소한 제 2 복굴절층은 광축에 대해 제 1 배향과 제 2 배향 사이에서 이동가능한 분자들을 갖고, 제 2 복굴절층의 굴절률이 분자들의 배향에 의존하는 것을 특징으로 하는 광학 주사장치의 제조방법.
KR1020057012204A 2002-12-30 2003-12-18 제어가능한 이중층 복굴절 광학부품 KR20050091755A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP02080547 2002-12-30
EP02080547.9 2002-12-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20050091755A true KR20050091755A (ko) 2005-09-15

Family

ID=32668840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020057012204A KR20050091755A (ko) 2002-12-30 2003-12-18 제어가능한 이중층 복굴절 광학부품

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20060043980A1 (ko)
EP (1) EP1581905A1 (ko)
JP (1) JP2006512712A (ko)
KR (1) KR20050091755A (ko)
CN (1) CN1732472A (ko)
AU (1) AU2003288619A1 (ko)
TW (1) TW200421201A (ko)
WO (1) WO2004059565A1 (ko)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SI20291A (sl) * 1999-06-15 2000-12-31 In�titut "Jo�ef Stefan" Postopek izdelave kompenzacijske polimerne plasti za LCD optične preklopnike in konstrukcija takega preklopnika
US7201318B2 (en) * 2004-03-11 2007-04-10 Symbol Technologies, Inc. Optical adjustment for increased working range and performance in electro-optical readers
US8885139B2 (en) 2005-01-21 2014-11-11 Johnson & Johnson Vision Care Adaptive electro-active lens with variable focal length
JP2009500803A (ja) 2005-07-08 2009-01-08 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 対象を照明する照明装置
EP1843198A1 (en) * 2006-03-03 2007-10-10 Université Laval Method and apparatus for spatially modulated electric field generation and electro-optical tuning using liquid crystals
KR20080103097A (ko) 2006-03-03 2008-11-26 유니버시티 라발 공간적으로 변조된 전기장 발생 및 액정을 이용한 전기-광학적 튜닝을 위한 방법 및 장치
CN101395928B (zh) * 2006-03-03 2011-04-20 皇家飞利浦电子股份有限公司 使用可控液晶透镜阵列用于3d/2d模式切换的自动立体显示设备
TWI475278B (zh) * 2006-06-05 2015-03-01 Johnson & Johnson Vision Care 具有可變焦距之適應性電活性透鏡
KR101350475B1 (ko) * 2007-04-12 2014-01-15 삼성전자주식회사 고효율 2차원/3차원 겸용 영상 표시장치
US20120206636A1 (en) 2009-10-30 2012-08-16 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Adjuster for adjusting the direction of a light beam and optical device comprising such adjuster
US9448459B2 (en) 2009-10-30 2016-09-20 Koninklijke Philips N.V. Multiview display device
US9778470B2 (en) 2010-09-22 2017-10-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Multi-view display device
TWI407221B (zh) * 2010-12-07 2013-09-01 Univ Nat Chiao Tung 液晶透鏡結構及其驅動方法
US9477099B2 (en) * 2012-11-21 2016-10-25 Essilor International (Compagnie Generale D'optique) Transparent optical element with dual light-polarizing effect
EP2932318A1 (en) 2012-12-14 2015-10-21 Merck Patent GmbH Birefringent rm lens
JP6148108B2 (ja) * 2013-08-05 2017-06-14 株式会社ディスコ レーザー加工装置
JP2017158764A (ja) * 2016-03-09 2017-09-14 ソニー株式会社 画像処理装置、画像処理方法、及び記録媒体

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2323160A1 (fr) * 1975-09-03 1977-04-01 Thomson Brandt Dispositif optique de projection et lecteur optique comportant un tel dispositif
US4190330A (en) * 1977-12-27 1980-02-26 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Variable focus liquid crystal lens system
JP3836140B2 (ja) * 1995-02-28 2006-10-18 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 電気光学装置
JPH1073758A (ja) * 1996-06-07 1998-03-17 Olympus Optical Co Ltd 結像光学系
WO1998005032A1 (en) * 1996-07-31 1998-02-05 Sanyo Electric Co., Ltd. Optical disc device
JP3274813B2 (ja) * 1996-09-12 2002-04-15 シャープ株式会社 液晶注入装置
US6317190B1 (en) * 1999-06-14 2001-11-13 International Business Machines Corporation Variable focal length liquid crystal lens assembly and method of manufacture

Also Published As

Publication number Publication date
US20060043980A1 (en) 2006-03-02
WO2004059565A1 (en) 2004-07-15
EP1581905A1 (en) 2005-10-05
JP2006512712A (ja) 2006-04-13
AU2003288619A1 (en) 2004-07-22
TW200421201A (en) 2004-10-16
CN1732472A (zh) 2006-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7710536B2 (en) Liquid crystal diffraction lens element and optical head device
KR20050091755A (ko) 제어가능한 이중층 복굴절 광학부품
US7773489B2 (en) Liquid crystal lens element and optical head device
JP2006127707A (ja) 開口制御素子および光ヘッド装置
JP5123418B2 (ja) 収差補正用の液晶素子の製造方法
EP1713067A1 (en) Liquid crystal lens element and optical head device
KR100667790B1 (ko) 복굴절 보정용 액정소자 및 이를 구비한 광픽업 및 광기록 및/또는 재생기기
JP4501611B2 (ja) 液晶レンズ素子および光ヘッド装置
JP2007073088A (ja) 液晶レンズおよび光ヘッド装置
KR20050091757A (ko) 액정부품
JP2002014228A (ja) 位相子および光ヘッド装置
CN100423102C (zh) 光学扫描设备、光学部件以及其制造方法
JP2003317298A (ja) 光ヘッド装置
JP2005353207A (ja) 偏光ホログラム素子、光ピックアップ装置及びこれらの製造方法
JP2007250168A (ja) 光ヘッド装置
JP2003338070A (ja) 光ヘッド装置
JP4149355B2 (ja) 光ピックアップ装置および光記録再生装置
WO2004059629A1 (en) Dual layer birefringent optical component
KR100223860B1 (ko) 이종 광 디스크용 광 픽업 장치
JP2010073267A (ja) 光ヘッド装置の製造方法
JPH10112058A (ja) 光ヘッド装置
WO2004059351A1 (en) Optical component with polarization dependent properties
JP2011076714A (ja) 光ヘッド装置の製造方法
JP2005037460A (ja) 積層位相差板の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid