KR20060040678A - 가변 빔 정형소자 - Google Patents

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KR20060040678A
KR20060040678A KR1020067000766A KR20067000766A KR20060040678A KR 20060040678 A KR20060040678 A KR 20060040678A KR 1020067000766 A KR1020067000766 A KR 1020067000766A KR 20067000766 A KR20067000766 A KR 20067000766A KR 20060040678 A KR20060040678 A KR 20060040678A
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cavity
fluid
optical axis
pump
beam shaping
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KR1020067000766A
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테우니스 더블유. 투케르
베르나르두스 에이치. 더블유. 헨드릭스
스테인 쿠이페
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

빔 정형소자는, 캐비티와, 굴절률이 서로 다른 제 1 유체 및 제 2 유체를 구비한다. 광축은 캐비티를 통해 연장된다. 그 캐비티는, 광축을 횡단하여 연장되는 적어도 하나의 만곡면을 갖는다. 적어도 하나의 펌프는, 상기 제 1 유체가 캐비티를 점유하는 제 1 외형과, 제 2 유체가 캐비티를 점유하는 제 2 외형과의 사이에서 그 유체들을 펌핑하도록 구성된다.
빔 정형소자, 굴절률, 캐비티, 펌프, 유체

Description

가변 빔 정형소자{VARIABLE BEAM SHAPING ELEMENT}
본 발명은, 광 기록매체를 주사하는 광학주사장치와, 상기 주사장치에서 방사빔의 강도 프로파일을 조정하는데 적합하지만, 이에 한정되지 않는 광 빔 정형소자와, 상기 주사장치와 상기 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
광학 스토리지에서, 판독 및 기록은 기록매체를 주사하는데 사용된 방사 스폿에 관한 서로 다른 사항이 있다. 광 기록매체의 예들로는, CD's(콤팩트 디스크) 및 DVD's(디지털 다기능 디스크)가 있다.
정보를 그 매체로부터 판독하는 경우, 방사 스폿의 크기는 판독가능한 마크 크기를 결정한다. 따라서, 그 스폿 크기는, 정보밀도가 높은 매체 상에 작은 마크 크기를 판독할 수 있도록, 작은 것이 바람직하다.
정보를 매체에 기록하는 경우, 방사 스폿의 크기는 덜 중요하다. 오히려, 방사원으로부터 정보매체까지의 광 경로가 효율적(즉, 저손실)인 것이 바람직하다. 이것은, 특히 휴대형 응용에 중요한 인자인, 방사원의 전력소모를 감소시킨다. 또한, 방사원은, 대표적으로 레이저이다. 레이저의 수명은, 레이저가 보다 낮은 구동 전류에서 기록매체에 입사되는 원하는 방사강도를 발생하도록 동작될 수 있으므로, 레이저와 기록매체간의 광 경로가 효율적인 경우 늘어난다.
판독하기 위한 작은 스폿 크기를 얻기 위해서, 대물렌즈계에 입사되는 광빔의 강도 분포는, 비교적 평탄한 것이 바람직하다. 달리 말하면, 방사빔은, 판독을 위해, 림(rim) 강도가 높은 것이 바람직하다(림 강도는, 광축을 따른 강도와 비교하여 대물계의 입사동공의 에지에서의 상대적인 빔 강도이다).
도 1은 반경 r의 방사빔의 폭을 가로지르는 전형적인 광 강도 분포를 나타낸다. 최고 광 강도 Imax는, 빔의 중심에서(즉, 전형적인 주사장치에서의 광축을 따라 ), 그 빔 중심으로부터 떨어진 거리로 비교적 급준하게 낙하하고 있다. 그 빔의 림 강도는, 상기 빔 내에 흡수 공간 필터를 설치하여서 애플리케이션을 판독하는데 증가될 수 있어, 그 빔의 중심 부분의 투과를 감소시킨다. 그러나, 상기 필터는, 전체 광 경로의 효율을 감소시키고, 애플리케이션을 기록하는데 바람직하지 않은 상기 필터를 이용한다.
본 발명의 실시예들의 목적은, 여기서 또는 다른 곳에서 언급한 종래 기술의 문제점 중 적어도 하나를 해결하는데 적합한 광 빔 정형소자를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예들의 목적은, 방사빔을 기록하는 광 경로의 효율을 과도하게 감소시키지 않고서, 방사빔을 판독하는 큰 림 강도를 제공하는데 적합한 광학소자를 제공하는데 있다.
(발명의 요약)
첫 번째 국면에서, 본 발명의 빔 정형소자는, 캐비티와; 그 캐비티를 통해 연장되는 광축과; 굴절률이 서로 다른 제 1 유체 및 제 2 유체와; 제 1 유체가 캐비티를 점유하는 제 1 외형과, 제 2 유체가 캐비티를 점유하는 제 2 외형과의 사이에서그 유체들을 펌핑하도록 구성된 적어도 하나의 펌프를 구비하고, 상기 캐비티는 광축을 횡단하여 연장되는 적어도 하나의 만곡면을 갖는다.
상기 빔 정형소자를 제공함으로써, 그 빔 정형소자에서 제공된 성능(예를 들면, 렌즈의 배율)은, 캐비티 내에 함유된 액체를 변경하여 쉽게 변경될 수 있다. 이러한 소자는, 다수의 가능한 애플리케이션을 갖지만, 광학주사장치에서 사용하기 위한 가변 시준기(즉, 가변배율의 시준기)를 설치하는데 특히 적합하다.
다른 국면에서, 본 발명은, 빔 정형소자를 구비한 광학장치를 제공하되, 상기 빔 정형소자는,
- 캐비티와,
- 그 캐비티를 통해 연장되는 광축과,
- 굴절률이 서로 다른 제 1 유체 및 제 2 유체와,
- 제 1 유체가 캐비티를 점유하는 제 1 외형과, 제 2 유체가 캐비티를 점유하는 제 2 외형과의 사이에서 그 유체들을 펌핑하도록 구성된 적어도 하나의 펌프를 구비하며, 상기 캐비티는 광축을 횡단하여 연장되는 적어도 하나의 만곡면을 갖는다.
또 다른 국면에서, 본 발명의 빔 정형소자 제조방법은, 광축을 횡단하여 연 장되는 적어도 하나의 만곡면을 갖는 캐비티를 통해 광축이 연장되는 캐비티를 형성하는 단계와, 굴절률이 서로 다른 제 1 유체와 제 2 유체를 제공하는 단계와, 제 1 유체가 캐비티를 점유하는 제 1 외형과, 제 2 유체가 캐비티를 점유하는 제 2 외형과의 사이에서 그 유체들을 펌핑하도록 구성된 적어도 하나의 펌프를 설치하는 단계를 포함한다.
또 다른 국면에서, 본 발명의 광학장치 제조방법은, 캐비티와; 그 캐비티를 통해 연장되는 광축과; 굴절률이 서로 다른 제 1 유체 및 제 2 유체와; 제 1 유체가 캐비티를 점유하는 제 1 외형과, 제 2 유체가 캐비티를 점유하는 제 2 외형과의 사이에서 그 유체들을 펌핑하도록 구성된 적어도 하나의 펌프를 구비하되, 상기 캐비티가 광축을 횡단하여 연장되는 적어도 하나의 만곡면을 갖는, 빔 정형소자를 설치하는 단계를 포함한다.
또 다른 국면에서, 본 발명은, 광축을 횡단하여 연장되는 적어도 하나의 만곡면을 갖는 캐비티와; 그 캐비티를 통해 연장되는 광축과; 굴절률이 서로 다른 제 1 유체 및 제 2 유체와; 적어도 하나의 펌프를 구비한, 빔 정형소자의 동작방법을 제공하되, 그 방법은 상기 캐비티로부터 제 1 유체를 펌핑하는 제 1 단계와, 상기 캐비티 내로 제 2 유체를 펌핑하는 제 2 단계를 포함한다. 이 방법의 바람직한 실시예에서, 제 1 단계와 제 2 단계는 동시에 수행된다.
(도면의 간단한 설명)
본 발명을 보다 잘 이해하고, 그 실시예들을 실시하는 방법을 나타내기 위해 서, 아래의 첨부하는 개략적인 도면을 예시로 참조할 것이다:
도 1은 전형적인 방사빔의 단면에 대한 광 강도 프로파일을 나타내고,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따라, 각각 판독모드와 기록모드시에 레이저 빔용 시준기로서 동작하는 빔 정형소자를 나타낸 개략도,
도 3은 도 2a 및 2b에 도시된 실시예의 서로 다른 모드에서 제공된 서로 다른 효과적인 렌즈 기능을 나타내는 광선도이고,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따라, 각각 판독모드와 기록모드시에 레이저 빔용 시준기로서 동작하는 빔 정형소자를 나타낸 개략도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시준기를 구비한 광 기록매체를 주사하는 장치를 나타낸다.
본 발명자는, 조정가능형 빔 정형소자가, 제 1 굴절률을 갖는 유체와, 상기 제 1 굴절률과 서로 다른 제 2 굴절률을 갖는 또 다른 유체로 차례로 채워질 수 있는 캐비티를 설치하여 제공된 것을 실현하였다.
상기 캐비티의 적어도 하나의 표면은, 만곡면을 갖는다. 따라서, 제 1 유체로 채워지는 경우 상기 소자에 의해 제공된 빔 정형(예를 들면, 광 경로의 교체)은, 제 2 유체로 채워지는 경우 상기 소자에 의해 제공된 빔 정형과 서로 다를 것이다. 그 2개의 유체의 굴절률은 서로 다르다. 적어도 하나의 펌프는, 원하는 경우, 제 1 및 제 2 유체로 상기 캐비티를 채우도록 구성된다.
유체는, 임의의 힘에 따라 그 형상을 변경하고, 그 챔버의 외형으로 흐르게 하거나 그 외형을 따라 가게 하고, 기체, 증기, 액체 및 고체와 흐를 수 있는 액체의 혼합물을 구비하는 물질이다.
그 2개의 유체는, 실질적으로 혼화 불가능한 것이 바람직하다, 즉 그 2개의 유체는 혼합되지 않는다. 그 2개의 유체는, 실질적으로 동일한 밀도를 가질 수 있어, 상기 소자에 미치는 인력 현상을 최소화할 수 있다.
빔 정형소자는, 입사광의 프로파일을 변경하는 소자이다. 이를테면, 상기 소자는, 입사광의 한 개 이상의 파장을 수속 또는 발산하도록 동작하는 렌즈로서 동작하기도 한다. 가변 또는 조정가능형 빔 정형소자는, 광학특성(예를 들면, 렌즈 배율)을 변경할 수 있는 소자이다.
본 명세서에서, 광이란 용어는, 가시 전자기 방사선에 한정되지 않지만, 모든 전자기 방사선의 파장에 적용한다.
본 발명의 실시예들은, 광학주사장치에서 사용하는데 특히 적합하다.
광 픽업장치(OPU)의 광 효율은, 시준렌즈의 개구수(NA)의 선택에 의해 결정된다. 또한, 시준기 NA는 대물렌즈 상의 레이저 광빔의 림 강도를 결정한다. NA를 감소시키는 상기 림 강도는, 디스크의 작은 스폿을 얻도록(그래서 인접 트랙들간의 누화를 방지하도록) 높아야 한다. 한편, 고전력 효율을 얻으려면, 시준기 NA가 높은 것이 바람직하다. 기록모드에서, 림 강도는, 디스크의 상변화층에서의 기록공정의 비선형 특징으로 인해 저하될 수 있다. 따라서, 효율과 림 강도간에 트레이드 오프가 있다. 고전력 효율에 의해 기록시에 비트 전송속도를 높일 수 있고, 디스크의 양호한 판독을 위해서는 높은 림 강도가 필요하다.
도 2a, 2b, 4a 및 4b는 경로 효율을 높이고 림 강도를 높일 수 있는 본 발명의 실시예들에 따른 시준기(200,400)를 나타낸 것이다.
도 2a 및 도 2b는, 시준기(200)의 2개의 서로 다른 구성을 나타낸다. 양 도면에서, 레이저 다이오드(100)는, 유리창(110)을 통해 광(120)을 출력한다. 상기 시준기(200)는, 입사광(120)으로부터 실질적으로 평행한 광(122, 122')을 생성하도록 구성된다. 그 평행광(122,122')은, 본 실시예에서는 시준기(200)와 레이저 다이오드(100)를 통해 연장되는 광축(90)에 실질적으로 평행하다.
이러한 실시예에서, 상기 시준기(200)는, 복합렌즈, 즉 직렬로 3개의 렌즈부재를 구성하는 3개의 연결된 렌즈부재(210,220,230)를 포함하는 것이 효과적이다. 상기 시준기는, 가변소자에 의해 상호 이격된 2개의 고정렌즈부재를 포함하는 것이 효과적이다. 중앙 렌즈부재(210)는, 2개의 유체(250,252) 중 하나로 채워져도 되는 캐비티 또는 챔버로 형성된다. 이러한 특별한 실시예에서, 2개의 렌즈(220,230)의 설계의 단순함을 위해서, 상기 캐비티의 어느 한측은, (다른 실시예에서, 상기 렌즈는 임의의 굴절률을 갖는 재료로 형성되어도 된다는 것을 알 수 있을 것이지만) 상기 유체들 중 하나의 굴절률에 가까운 굴절률을 갖는 재료로 형성된다.
이를테면, 본 특별한 실시예에서, 하나의 유체는 물이어도 되고, 다른 유체는 기름이어도 된다. 405nm에서 1.51의 굴절률, 즉 기름의 굴절률에 가까운 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 등의 플라스틱을 사용하여도 된다. 물의 굴절률은 405nm의 광 파장에서 1.35이다.
광축(90)을 따라 놓인 캐비티(210)의 양쪽 표면(215,225)은, 만곡되어 있다(그리고 양쪽은 레이저 다이오드 광원(100)에서 본 것처럼 볼록이다). 또한, 이들 표면은 인접한 렌즈(220,230)의 표면을 정의한다. 시준기(200)의 입력 표면(즉, 광원(100)에 인접한 렌즈(230)의 표면)은 평면이고, 실질적으로 광축(90)에 수직한다. 시준기(200)의 출력 표면(222)(즉, 시준기 외부의 렌즈(220)의 표면)은 만곡되어 있다(그리고, 광원(100)의 위치에서 본 것처럼, 볼록으로 나타내어져 있다). 시준기(200)의 외부 표면 상의 빔 스폿(260)은, 출력 빔(122,122')에 대해 소정의 반경을 갖는 출력 개구를 한정한다.
펌프(240)는, 이 경우에는 2개의 채널(242,244)에 의해 캐비티(210)에 접속된다. 상기 펌프와 캐비티(250) 간의 접속은, 도면에 개략적으로 나타내어져 있다. 일반적으로, 2개의 접속은, 상기 캐비티에 대해 직경방향으로 대향되어 있다. 상기 펌프는, 캐비티(210)의 크기에 대응하는 적어도 유체의 용량을 저장하도록 구성된다. 이것에 의해, 펌프는 챔버(210)로부터 펌핑된 유체를 저장할 수 있다. 그 펌프는, 유체를 저장하기 위해 용기를 추가하여서 달성될 수 있거나, 이와는 달리 2개의 채널(242,244)의 길이와 관련하여 펌프 챔버의 용량은, 원하는 용량을 저장하기에 충분하여도 된다.
펌프는, 상기 유체들(250,252) 중 하나 또는 다른 것은 캐비티(210)를 채우도록 그 2개의 유체를 펌핑하게 구성되어 있다. 이는, 캐비티 내에서 다른 유체를 변위시키는 유체들 중 하나에 의해 행해질 수 있고, 이때 상기 유체들의 결합력 및 혼화불가능성은 중요하다. 이와는 달리, 캐비티는 펌프에 의해 비워져서, 그 캐비티는 다른 유체로 재충전된다. 2개의 유체의 밀도가 동일한 경우, 인력은 공백 및/또는 충전되어 있을 때 도움이 되기도 한다.
원하는 경우, 캐비티(210)가 각각의 유체(250, 252)를 비우거나 충전하는 능력을 향상시키기 위해서, 캐비티(210)의 내부는 제어가능형 가변 습윤성을 갖기도 한다. 이를테면, 상기 가변 습윤성은, 캐비티(210)의 내부에 절연층으로 덮인 전극을 배치하여 구성되어서, 전기습윤은 그 습윤성을 제어하는데 사용되기도 한다. 습윤성의 변화는, 2개의 유체들 사이의 경계에 힘을 가하여, 캐비티로부터 하나의 유체의 배출 및/또는 그 캐비티를 다른 유체로의 충전을 행한다. 예를 들면, 물-기름 시스템에서, 고 습윤성은 물을 캐비티 내에 강제로 떠밀고, 저 습윤성은 기름을 캐비티 내에 강제로 떠밀 것이다. 본 실시예에서, 캐비티 자체는 펌프이다. 또한, 이러한 전기습윤 펌프의 상세 내용에 대해서는 유럽특허출원번호 02080387를 참조한다.
다양한 형태의 펌프는, 펌프(240)로서 사용되어도 된다. 이를테면, 국제특허출원 WO 02/069016에는, 유체를 이동할 수 있는 다수의 방식, 예를 들면, 전기 모세관의 차분 압력 전기 모세관 현상, 전기습윤, 연속 전기습윤, 전기영동, 전기침투, 유전영동, 전기수력학적 펌핑, 열모세관, 열 팽창, 유전 펌핑, 또는 가변 유전 펌핑, 그들 중 어느 하나를 사용하여 펌프(240)에서 필요로 한 펌프 동작을 제공하는 방식이 기재되어 있다. 이와는 달리, 기계적 펌프도 사용될 수 있다.
캐비티(210)로 유체들(250,252)을 변화시키는 것은, 출력빔(빔 122부터 122'까지)의 프로파일의 대응한 변화를 갖는 도 2a에 도시된 것과 도 2b에 도시된 것 사이에서 렌즈의 외형을 변화시킨다.
도 2a는 기름(250)으로 채워진 캐비티(210)를 갖는 제 1 외형에서의 시준기(200)를 나타낸다. 이것은, 판독모드로서 보여질 수 있다. 기름(250)의 굴절률이 렌즈(220,230)의 플라스틱의 굴절률과 일치하므로, 그 캐비티는 광 배율(power)이 없고, 시준기의 개구수는 출력 표면(222)의 곡률에 의해서만 결정된다.
도 2b에 도시된 구성에서(기록모드), 캐비티(210)는, 물(252)로 채워져 있다. 따라서, 굴절률 차이가 물과 그 렌즈(230,22)를 형성하는 재료간에 존재하므로, 캐비티는 광 배율을 갖는다. 그 결과는, 시준기의 개구수가 출력 표면(222)에 의해서 뿐만 아니라, 캐비티 표면(215,225)에 의해서도 결정된다.
편의상, 도 2a 및 2b에 도시된 시준기의 근축 표현법을 제공한다. A라고 붙여진 광선은, 도 2a에 도시된 구성에 해당하고, B라고 붙여진 광선은 도 2b에 도시된 기록모드 구성에 해당한다.
근축 근사법에서, 시준기의 출력 표면(222)은, 초점 길이 f3를 갖는 포지티브 렌즈인 것이 효과적이다. 캐비티 표면(215,225)는, 각각 초점 길이가 f2 및 f1인 포지티브 렌즈와 네가티브 렌즈를 추가하게 된다. 판독모드에서(도 2a에 도시된 구성), 상기 렌즈 f1 및 f2는 가각 육안으로 볼 수 없는 것이 효과적이고, 개구수는 전방면에 위치된 스폿(260)의 반경과 관련지어 렌즈 f3에 의해 결정된다(도 3에서 가장자리의 광선은 문자 A로 나타내어져 있다).
기록모드에서(즉, 시준기(200)가 도 2b에 도시된 구성에 있을 경우), 또한, 초점길이 f1 및 f2의 렌즈는, 광원을 촬영하도록 동작한다. (렌즈 f1, f2 및 f3로 형성된) 전체 렌즈계의 초점 길이는, 판독모드에서보다 짧고, 그 스폿(260)의 반경이 변하지 않으므로, 그에 따라서 NA는 보다 높다. 이러한 구성의 가장자리의 광선은, 굵은 선 B로 도시되어 있다.
근축 렌즈 설계 해석으로부터, 스위칭 렌즈부재는 시준기에 가능한 가깝게 배치하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있을 것이다. 그래서, 광 배율과 그에 따른 필요한 표면 곡률은 상대적으로 작다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시준기(400)를 나타낸다. 이 2개의 도면은, 2개의 서로 다른 시준기(400) 구성을 나타낸다. 본 도면에서 동일한 참조번호는, 도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 유사한 특징을 나타낸다.
시준기 400의 렌즈 설계는 시준기 200의 것과 일반적으로 유사하다. 그러나, 시준기 400의 캐비티 표면(415,425)의 곡률은, 시준기 200의 표면(215,225)의 곡률과 서로 다르다. 따라서, 상기 시준기 400의 빔 출력 프로파일(422,422')은, 시준기 200의 프로파일(122,122')과 서로 다르다.
레이저 다이오드의 출력 프로파일은, 대략 가우시안이다. 대부분의 출력이 고 NA 시준기로 집속되는 경우, 림에서의 강도는 낮다. 이 때문에, 주사장치에서 대물렌즈의 효과적인 개구수는 감소되어, 디스크 상의 스폿이 보다 커지게 된다. 또한, 스폿의 위치지정을 하는데 사용된 고주파수 마크들의 변조는 강건한 검출을 위해 아주 낮을 수 있다. B.R.Frieden에 의한, Lossless Conversion of a Plane Laser Wave to a Plane Wave of Uniform Irradiance, Applied Optics vol.14 pp 1400-1403 November 1965에는, 2개의 비구면을 사용하여 가우시안 빔 프로파일을 평탄한 강도 프로파일로 변환하는 방법이 기재되어 있다. 본 장치 내의 2개의 표면(415,425)은, 2개의 상기 비구면을 나타낸다.
B.R.Frieden에 의해 논문에 기재된 장치의 주요 단점은, 아베(Abbe)의 싸인법칙을 따르지 않는다는 것이다. 따라서, 상기 장치는, 오류 및 오정렬을 제조하는 것에 매우 민감하다.
그러나, 주사장치에서 기록동작시에, 파면수차는, 판독시보다 높다. 이를테면, 빔 정형소자 캐비티(210)가 기록모드시에만 액티브이므로, 이것은 상기 오류에 대한 시준기(400)의 감도를 감소시킨다.
도 4a에서, 캐비티(210)는, 기름(250)으로 채워져 있다. 캐비티(210)는 광 배율을 갖지 않고, 또 개구수는 전방면(222)의 곡률에 의해서 결정될 뿐이다. 따라서, 빔 프로파일(422)은 가우시안이다.
도 4b에 도시된 기록모드에서, 캐비티(210)는 물(252)로 채워져 있다. 이 캐비티는 (표면 415와 425를 따른 굴절률 차이로 인해) 광 배율을 갖고, 개구수는 표면(222,415)의 곡률과 조리개(260)의 반경에 의해 결정된다. 광축(90)을 횡단하여 연장되는 캐비티 표면(415,425)의 형상과, 이들 표면을 따른 굴절률의 차이는, 출력 빔 프로파일(422')이 균일하도록 하는 것이다.
횡단한다는 용어는 단순히 그 표면이 광축(90)을 가로질러 연장된다(즉, 광축에 평행하다)는 것을 의미한다고 이해되어야 한다.
당업자는 본 발명의 다른 실시예들이 다수의 형태를 취하여도 된다는 것을 알 것이다. 이를테면, 상기 실시예들에서는 이와는 달리 2개의 유체만을 사용하여 캐비티를 채운다고 가정하였지만, 굴절률이 서로 다른 임의의 수의 유체를 사용하여 캐비티를 채울 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이를테면, 서로 다른 굴절률을 갖는 3개의 서로 다른 유체를 사용하여, 빔 변경소자의 3개의 서로 다른 독특한 구성을 제공할 수 있을 것이다.
상기 실시예들에서는, 캐비티의 표면(215,225,415,425)이 광축(90)에 대해 회전적으로 대칭적이라고 가정하였다. 그러나, 이것은 반드시 그 경우는 아니다.
상기 실시예에서는, 가우시안 빔 프로파일을 평탄한 프로파일로 변경할 수 있는 예를 제공하였다. 그러나, 빔 프로파일의 다른 변경은 본 발명의 다른 실시예들에 의해 달성될 수 있다. 이를테면, 상기 소자는, 제 1 가우시안 빔 프로파일을 제 2 가우시안 빔 프로파일로 변경하도록 구성되어도 되고, 이때의 제 2 빔 프로파일은 림 강도가 서로 다르다. 상기 소자는, 서로 다른 구성에서, 소정의 입사 방사빔에 대한 2개 이상의 서로 다른 강도 프로파일을 제공하도록 구성되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 그 2개의 서로 다른 강도 프로파일은, 5%이상(예를 들면, 하나의 강도 프로파일의 림 강도는 다른 강도 프로파일의 95%이하이다)만큼 림 강도에 있어서 다르다.
상기 빔 정형소자는, 1개 이상의 다른 광학부재와 결합될 수 있다. 이러한 광학부재는, 상기 유체들 중 하나 또는 나머지 것과 동일한 굴절률을 갖는 재료로 형성되어도 된다.
본 발명의 실시예에 따른 부재들은, 다양한 애플리케이션과 장치들에서 사용될 수 있다. 그 부재들은, 레이저 빔의 강도 프로파일을 변경할 때 사용하는데 특히 적합하다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가변 렌즈를 구비한 대물렌즈계(18)를 포함한 광 기록매체(2)를 주사하는 장치(1)를 나타낸 것이다. 이 기록매체는, 투명층(3)을 갖고, 이 투명층의 일측상에는 정보층(4)이 배치된다. 상기 투명층으로부터 떨어져 대향하는 정보층의 측면은, 보호층(5)에 의해 환경 영향으로부터 보호된다. 상기 장치에 대향하는 투명층의 측면을 입사면(6)이라고 부른다. 이 투명층(3)은, 정보층을 위한 기계적 지지를 하여 기록매체용 지지체로서 동작한다.
이와는 달리, 투명층의 유일한 기능은 정보층을 보호하는 것이고, 상기 기계적인 지지는 정보층의 타측면, 이를테면 보호층(5) 또는 또 다른 정보층 상의 일 층과, 그 정보층(4)에 연결된 투명층에 의해 제공된다.
정보는, 도면에 도시되지 않은, 실질적으로 평행하고, 동심형이거나 나선형인 트랙에 배치된 광학적으로 검출가능한 마크들의 형태로 기록매체의 정보층(4)에 저장되어도 된다. 이 마크들은, 임의의 광학적으로 판독가능한 형태, 예를 들면 피트의 형태, 또는 반사계수나 주변과 서로 다른 자화방향을 갖는 영역의 형태, 또는 이들 형태의 조합형태이어도 된다.
상기 주사장치(1)는, 방사빔(12)을 방출할 수 있는 방사원(11)을 구비한다. 이 방사원은, 반도체 레이저이어도 된다. 빔 스플리터(13)는, 발산 방사빔(12)을 시준렌즈(14)로 반사하여, 시준렌즈는 그 발산빔(12)을 시준빔(15)으로 변환한다. 그 시준빔(15)은, 대물계(18)에 입사된다.
상기 대물계는, 하나 이상의 렌즈 및/또는 격자를 구비하여도 된다. 대물계(18)는, 광축(19)을 갖는다. 대물계(18)는, 빔(17)을 수속빔(20)으로 변경하여 기록매체(2)의 입사면(6)에 입사된다. 대물계는, 투명층(3)의 두께를 통과한 방사빔의 통과를 위해 구면수차를 보정하도록 구성된다. 상기 수속빔(20)은, 정보층(4) 위에 스폿(21)을 형성한다. 정보층(4)에서 반사된 방사선은, 발산빔(22)을 형성하고, 이 발산빔은 대물계(18)에 의해 실질적으로 시준된 빔(23)으로 변환되고서 시준렌즈(14)에 의해 수속빔(24)으로 변환된다. 그 빔 스플리터(13)는, 수속빔(24)의 적어도 일부를 검출계(25)로 전송하여 전방향 빔과 반사빔으로 분리한다. 상기 검출계는, 그 방사선을 포획하여 전기출력신호(26)로 변환한다. 신호 처리기(27)는, 이들 출력신호를 다양한 다른 신호들로 변환한다.
상기 신호들 중 하나는 정보신호(28)이고, 그 정보신호의 값은 정보층(4)으로부터 판독된 정보를 나타낸다. 그 정보신호는, 오류정정용 정보처리부(29)에 의해 처리된다. 신호처리기(27)로부터의 다른 신호들은, 포커스 오차신호 및 반경방향 오차신호(30)이다. 이 포커스 오차신호는, 스폿(21)과 정보층(4)간의 축방향 높이차를 나타낸다. 그 반경방향 오차신호는, 스폿(21)과, 스폿이 뒤따라가는 정보층에서의 트랙의 중심 사이의 정보층(4)의 평면에서의 거리를 나타낸다. 포커스 오차신호와 반경방향 오차신호는, 서보회로(31)에 공급되고, 이 서보회로는 이들 신호들을 서보제어신호들(32)로 변환하여 포커스 액추에이터와 반경방향 액추에이터를 각각 제어한다. 상기 액추에이터들은 도면에 도시되어 있지 않다. 포커스 액추에이터는, 대물계(18)의 위치를 포커스 방향(33)으로 제어하여, 정보층(4)의 평면과 거의 일치하도록 스폿(21)의 실제 위치를 제어한다. 반경방향 액추에이터는, 반경방향(34)으로 대물렌즈(18)의 위치를 제어하여, 정보층(4)에서 뒤따라가는 트랙의 중심선과 거의 일치하도록 스폿(21)의 반경방향 위치를 제어한다. 도면에서의 트랙들은, 도면의 평면에 수직한 방향으로 동작한다.
이러한 특정 실시예에서 도 5의 장치는, 기록매체(2)보다 두꺼운 투명층을 갖는 제 2 형태의 기록매체를 주사하도록 구성된다. 상기 장치는, 방사빔(12) 또는, 제 2 형태의 기록매체를 주사하는 서로 다른 파장을 갖는 방사빔을 사용하여도 된다. 이러한 방사빔의 NA는, 기록매체의 형태에 대해 변경되어도 된다. 대물계의 구면수차 보상은, 그에 따라서 변경되어야 한다.
상술한 것처럼, 빔 편향부재는, 시준 렌즈(14)로서(또는 시준렌즈(14)와 대물계(18) 사이에 삽입된 별도의 렌즈로서) 사용되어 원하는 프로파일을 갖는 빔(15)을 제공하여도 된다.
그래서, 본 발명의 실시예에 따른 빔 정형소자는, 광 배율의 손실이 거의 없는 입사 방사빔의 강도 프로파일을 변경하는데 쉽게 이용될 수 있다. 이러한 소자는, 광학주사장치에서의 시준기와, 방사빔의 강도를 변경하는데 바람직한 임의의 장치에서도 사용하는데 특히 적합하다.

Claims (14)

  1. 캐비티(210)와,
    그 캐비티(210)를 통해 연장되는 광축(90)과,
    굴절률이 서로 다른 제 1 유체(250) 및 제 2 유체(252)와,
    상기 제 1 유체(250)가 캐비티(210)를 점유하는 제 1 외형과, 제 2 유체(252)가 캐비티(210)를 점유하는 제 2 외형과의 사이에서그 유체들(250,252)을 펌핑하도록 구성된 적어도 하나의 펌프(240)를 구비하고,
    상기 캐비티(210)는 광축(90)을 횡단하여 연장되는 적어도 하나의 만곡면(215,225)을 갖는 것을 특징으로 하는 빔 정형소자(200,300).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프(240)는, 전기 모세관의 차분 압력 전기 모세관 현상, 전기습윤, 연속 전기습윤, 전기영동, 전기침투, 유전영동, 전기수력학적 펌핑, 열모세관, 열 팽창, 유전 펌핑, 기계적 펌핑 또는 가변 유전 펌핑 중 어느 하나를 사용하여 동작하는 것을 특징으로 하는 빔 정형소자.
  3. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐비티(210)는, 그 캐비티의 종방향 축이 광축(90)과 동축인 원통형인 것을 특징으로 하는 빔 정형소자.
  4. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 만곡면(215,225)은, 비구면인 것을 특징으로 하는 빔 정형소자.
  5. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 만곡면(215,225)은, 광축(90)에 대해 회전적으로 대칭적인 것을 특징으로 하는 빔 정형소자.
  6. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 외형에서는, 상기 소자가, 입사 방사빔(120)을 정형하여 제 1 빔 강도 프로파일(122;422)을 제공하도록 구성되고, 제 2 외형에서는, 상기 소자가 입사 방사빔(120)을 정형하여 상기 제 1 빔 강도 프로파일과 서로 다른 제 2 빔 강도 프로파일(122';422')을 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 빔 정형소자.
  7. 캐비티(210)와,
    그 캐비티(210)를 통해 연장되는 광축(90)과,
    굴절률이 서로 다른 제 1 유체(250) 및 제 2 유체(252)와,
    상기 제 1 유체(250)가 캐비티(210)를 점유하는 제 1 외형과, 제 2 유체(252)가 캐비티(210)를 점유하는 제 2 외형과의 사이에서그 유체들(250,252)을 펌핑하도록 구성된 적어도 하나의 펌프(240)를 구비한 빔 정형소자(200;400)를 구비하고,
    상기 캐비티(210)는 광축(90)을 횡단하여 연장되는 적어도 하나의 만곡면(215,225)을 갖는 것을 특징으로 하는 광학장치(1).
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 소자에 연결된 고정 렌즈(220,230)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 광학장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 고정렌즈(230)는, 상기 유체들 중 하나(252)의 굴절률과 실질적으로 같은 굴절률을 갖는 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 광학장치.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는, 광 기록매체(2)의 정보층(4)을 주사하는 광학주사장치(1)이고, 이 광학주사장치(1)는, 방사빔(12,15,20)을 발생하는 방사원(11)과, 그 방사빔(12,15,20)을 정보층(4) 상에 수속하는 대물계(18)를 구비한 것을 특징으로 하는 광학장치.
  11. 광축(90)을 횡단하여 연장되는 적어도 하나의 만곡면(215,225)을 갖는 캐비티(210)를 통해 광축(90)이 연장되는 캐비티(210)를 형성하는 단계와,
    굴절률이 서로 다른 제 1 유체(250)와 제 2 유체(252)를 제공하고, 제 1 유체(250)가 캐비티(210)를 점유하는 제 1 외형과, 제 2 유체(252)가 캐비티(210)를 점유하는 제 2 외형과의 사이에서그 유체들(250,252)을 펌핑하도록 구성된 적어도 하나의 펌프(240)를 설치하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 빔 정형소자(200;400) 제조방법.
  12. 캐비티(210)와,
    그 캐비티(210)를 통해 연장되는 광축(90)과,
    굴절률이 서로 다른 제 1 유체(250) 및 제 2 유체(252)와,
    상기 제 1 유체(250)가 캐비티(210)를 점유하는 제 1 외형과, 제 2 유체(252)가 캐비티(210)를 점유하는 제 2 외형과의 사이에서그 유체들(250,252)을 펌핑하도록 구성된 적어도 하나의 펌프(240)를 구비하되, 상기 캐비티(210)가 광축(90)을 횡단하여 연장되는 적어도 하나의 만곡면(215;225)을 구비한 빔 정형소자(200;400)를 설치하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 광학장치(1) 제조방법.
  13. 광축을 횡단하여 연장되는 적어도 하나의 만곡면을 갖는 캐비티와; 그 캐비티를 통해 연장되는 광축과; 굴절률이 서로 다른 제 1 유체 및 제 2 유체와; 적어도 하나의 펌프를 구비한, 빔 정형소자를 작동시키되,
    상기 캐비티로부터 제 1 유체를 펌핑하는 제 1 단계와,
    상기 캐비티 내로 제 2 유체를 펌핑하는 제 2 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 빔 정형소자 작동방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 단계와 제 2 단계를 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 빔 정형소자 작동방법.
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