KR20060134127A

KR20060134127A - 광학 주사 장치

Info

Publication number: KR20060134127A
Application number: KR1020067019964A
Authority: KR
Inventors: 베르나르두스 에이치. 더블유. 헨드릭스; 요하네스 제이. 에이치. 비. 슐라이펜; 스테인 쿠이페
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2006-12-27
Also published as: EP1733390A1; DE602005006999D1; EP1733390B1; CN1938769A; JP2008503016A; ATE396477T1; WO2005096289A1; US7489448B2; CN100570718C; US20080239463A1

Abstract

광학 주사 장치는, 기록 매체(1, 100)의 정보층(101)의 위치에서 빔(5, 30')을 주사 스폿으로 변환하기 위해서, 방사 소스(2, 200)와, 콜리메이터 렌즈(4, 40)와, 대물 렌즈(7, 90)를 구비한다. 또한, 장치는 전기 습윤 셀(6)을 포함한다. 전기 습윤 셀(6)은 빔(5, 30')이 대물 렌즈(7, 90)의 위치에 독립적으로 대물 렌즈(7, 90)의 입사동의 설정된 높이에서 대물 렌즈(7, 9)에 입사하도록 하고, 빔(5, 30')이 광학 축(8)을 갖는 대물 렌즈(7, 90)의 입사동에서 설정된 각도를 형성하도록 사용된다. 이 방법에 있어서, 림 강도는 대물 렌즈(7, 90)의 입사동에 걸쳐서 일정하게 유지될 수 있다.

전기 습윤 셀, 입사동, 대물 렌즈, 림 강도.

Description

광학 주사 장치{OPTICAL SCANNING DEVICE}

본 발명은 방사 빔으로 정보층을 주사하기 위한 광학 주사 장치에 관한 것으로서, 장치가 방사 빔을 방출하기 위한 방사 소스와, 상기 정보층의 위치에서 방사 빔을 주사 스폿으로 변환하기 위한 대물 렌즈와, 방사 소스와 대물 렌즈 사이의 거리를 조정하는 수단을 구비한다.

또한, 본 발명은 광학 주사 장치를 구비하는 광학 기록 시스템에 관한 것이다.

공지된 광학 주사 장치는, 광학 기록 매체를 주사하는 광학 헤드를 포함한다. 기록 매체는, 정보층이 배열된 한 측면 상에 투명층을 구비하는 광학 디스크이다. 보호층은 투명층으로부터 이격해서 면하는 정보층의 측면을 보호한다. 정보는, 병렬의 동심 또는 나선 트랙으로 배열된 광학적으로 검출 가능한 마크 또는 포인트 형태로 기록 매체의 정보층 내에 기억될 수 있다. 마크는 소정의 광학적으로 검출 가능한 형태, 예를 들면 그 주위와 다른 반사 계수 또는 광학 위상을 갖는 피트, 라인 또는 지역의 형태일 수 있다.

광학 주사 장치는, 방사 빔을 방출하는 방사 소스를 구비한다. 방사 빔은 광학 기록 매체의 정보층을 주사하기 위해 사용된다. 편광 빔 스플리터는, 대물 렌즈를 구비하는 렌즈 시스템을 향하는 광학 경로에서 발산하는 빔을 반사 또는 투 과한다. 대물 렌즈는 빔을 수렴하는 빔으로 변경한다. 수렴 빔은 기록 매체의 입사면 상에 충돌한다. 대물 렌즈는 투명층의 두께를 통한 빔의 통과에 적합한 구면 수차 교정을 갖는다. 대물 렌즈를 통과하는 빔은 정보층 상에 스폿을 형성한다. 빔은 정보층에 의해 반사된다. 그 다음, 빔은 발산 빔이 되고, 대물 렌즈에 의해 시준된 빔으로 변환되어, 최종적으로 수렴하는 빔이 된다. 빔 스플리터는, 검출 시스템을 향해서 수렴하는 빔의 적어도 일부를 투과시킴으로써, 빔을 분리하는데, 즉 순방향 및 반사된 빔으로 분리한다. 검출 시스템은, 방사를 전기 출력 신호로 변환한다.

주사 장치는, 장치의 광학 축에 직교하는 반경 방향으로 주로 움직일 수 있다. 대물 렌즈는 자기 재료의 링 상에 설치된다. 자기 재료는 공지된 수단으로 하우징에 부착된다. 하우징은 자기 재료에 힘을 발휘하는 자기장을 생성하는 코일을 포함한다. 이 방법에서, 대물 렌즈는 그 광학 축을 따라 상하로 움직일 수도 있다.

국제 특허 출원 WO 01/48747 A2는, 변형기를 통과하는 광학 빔의 파면을 변형하는데 적합한 광학 파면 변형기를 개시한다. 이러한 광학 파면 변형기는, 빔의 단면 내의 위치에 따라서, 경로 길이 차이를 도입함으로써, 빔의 파면의 형상을 변경하는데 사용된다. 또한, 빔의 파면 내에 포커스 만곡을 도입함으로써 버전스를 변경하거나 틸트를 도입함으로써, 빔의 방향을 변경하는데 사용될 수도 있다. 또한, 파면 변형기는 파면으로부터 구면 수차 또는 코마를 보상하거나 제거하기 위한 파면 보상기로서 제공될 수도 있다. 파면 보상기는 콜리메이터 렌즈와 대물 렌즈 사이의 광학 경로 내에 배열된다. 또한, 이 파면 변형기는 빔 내의 바람직하지 않은 수차를 교정하거나 보상하는 수차 보상기로서 동작될 수 있다. 수차 보상기는 기록 매체의 틸트에 의해 야기된 코마나, 오프 센터 대물 렌즈에 의해 야기된 비점수차 또는 기록 매체의 투명층의 두께의 변화에 의해 야기된 구면 수차 또는 그 밖의 수차를 보상한다. 광학 파면 변형기는, 제1 및 제2투명 전극층과, 전극층 사이에 배열되어 매질의 전기적인 여기에 따라서 파면을 변형하기 위한 평판 매질을 주로 구비한다. 이들 전극층은, 매질의 평면 내에서 빔의 단면 내의 1차 반지름의 제1파면 변형을 억누르는 동시에, 1차와 다른 2차 반지름의 제2파면 변형을 억누르는데 적합하다.

예를 들면, WO 01/48747 A2로부터 공지된 상기 또는 유사한 시스템으로, 대물 렌즈는 옳은 트랙을 찾아 움직이게 된다. 스플릿 광학 장치 구성에 있어서는, 액세스 동안 대물 렌즈만 움직이고, 나머지 광학 픽업 유닛은 고정된다. 이는, 콜리메이터 렌즈와 대물 렌즈 사이의 거리가 트랙 위치가 현재 판독되는 것에 의존해서 변하는 것을 의미한다. 기록 매체를 내측 림으로부터 외측 림으로 주사하는 동안, 콜리메이터 렌즈와 대물 렌즈 사이의 거리 차이가 있게 된다. 예를 들면, 콜리메이터 렌즈와 대물 렌즈 사이가 긴 거리이면, 콜리메이터 렌즈와 대물 렌즈 사이의 약간의 버전트 빔은, 대물 렌즈와 콜리메이터 렌즈가 서로 근접하면 퍼져나가는 것보다 더 퍼져나가도록 시간을 갖는다. 그러므로, 조명 소스가 몇몇 표면을 조명하고, 표면이 이격되어 있지만, 대물 렌즈가 항상 동일 사이즈를 갖고, 그러므로 대물 렌즈의 입사동도 동일 사이즈를 가지면, 대물 렌즈의 입사동에 걸친 강도 분포는 다르게 된다. 이 문제는 대물 렌즈의 입사동의 강도 분포에 강하게 의존한다. 디스크 상의 스폿 사이즈는 대물 렌즈의 동공의 중심에서의 강도에 대한 대물 렌즈의 동공의 림에서의 강도에 강하게 의존한다. 동공에서 림 강도가 감소하면, 디스크 상의 스폿 사이즈는 더 크게 되어, 어떻게 양호한 신호나 피트가 디스크로부터 출력될 수 있는 지에 대한 암시를 제공하게 된다. 콜리메이터 렌즈와 대물 렌즈가 소정 거리에서 서로 고정되고, 액세스 동안 전체 광학 픽업 유닛이 움직이는 이미 널리 공지된 시스템으로는, 대물 렌즈에서의 상대 림 강도가 디스크의 내측 원과 외측 원에서 동일하므로, 스폿 사이즈 및 신호 판독에 영향은 없게 된다. 통상적인 광학 픽업 유닛과 같은 비스플릿 광학 시스템에 있어서, 림 강도는 콜리메이터 렌즈와 대물 렌즈 사이의 방사 빔의 버전스가 변경될 때, 변경된다. 그런데, 기록 매체 상에서 내측으로부터 외측 트랙으로 진행할 때는 변경되지 않는다.

스플릿 광학 장치에 대해서, 림 강도는, 콜리메이터 렌즈와 대물 렌즈 사이의 빔의 버전스가 변경될 때도 변경된다. 그런데, 림 강도는, 기록 매체 상에서 내측으로부터 외측 트랙으로 진행할 때도 변경된다. 콜리메이터 렌즈와 대물 렌즈 사이의 이 버전스 변경은, 대물 렌즈에서 구면 수차를 생성하기 위해 사용된다. 구면 수차 량은, 예를 들면 2중 층 디스크에 대해서, 2개의 층의 디스크 두께 차이를 보상하기 위해 사용된다. 2중 층 디스크의 하나의 층이 디스크의 정보를 판독하기 위해서, 디스크 내에 더 깊게 있음에 따라, 큰 커버층을 통과해야 한다. 따라서, 구면 수차가 생성된다. 하나의 정보층으로부터 다른 정보층으로 전환할 때, 구면 수차에 대한 2개의 다른 량이 생성된다. 대물 렌즈는, 대부분의 구면 수차를 보상하도록 설계된다. 그런데, 이들은 2개의 다른 량의 구면 수차를 생성할 수 없다. 대물 렌즈는 하나의 양의 구면 수차만을 생성할 수 있고, 그 밖의 모든 경우 대물 렌즈로 입사하는 빔의 버전스는 변경되어야 한다.

예를 들면, 2중 층 디스크에 대해서 하나의 정보층으로부터 다른 정보층으로 전환할 때, 구면 수차를 보상하기 위한 하나의 방법은, 대물 렌즈로 입사하는 방사 빔의 버전스를 전환함으로써 행해진다. 대물 렌즈는 실질적으로 아베 사인 조건을 따르므로, 입사 빔에 대한 버전스의 변화는 구면 수차의 생성으로 귀결된다. 상기된 바와 같이, 이 원리가 스플릿 광학 장치에 대해서 잘 적용됨에도, 콜리메이터 렌즈와 대물 렌즈 사이의 거리가 변경될 때, 버전트 빔은 림 강도의 변경으로 귀결된다. 그러므로, 림 강도와 광학적인 처리 성능은, 디스크 상에서 판독되는 트랙에 의존하게 된다. 스폿의 사이즈가 림 강도와 관련되므로, 림 강도의 이 변경이 허용될 수 없다.

본 발명의 목적은, 콜리메이터 렌즈와 대물 렌즈 사이의 방사 빔의 버전스를 변경할 때, 대물 렌즈의 입사동에 걸쳐서 일정한 림 강도의 방사 빔을 제공하는 광학 주사 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라서, 이 목적은, 대물 렌즈의 입사동에서의 방사 빔의 림 강도가, 대물 렌즈의 입사동에서 상기 방사 빔의 일정한 외연 빔 각도를 위해, 방사 소스와 대물 렌즈 사이의 거리에 실질적으로 독립적이 되도록 광학 컴포넌트가 제공됨으로써, 달성된다.

광학 컴포넌트가 광 경로에 제공되어, 조합된 빔 익스펜더와 버전스 스위치 로서 사용된다. 이 광학 컴포넌트에 의해, 광학 주사 장치, 특히 스플릿 광학 장치 구성에서 구면 수차를 보상하기 위해 사용된 가변 버전스를 갖는 빔을 사용해서, 림 강도를 일정하게 유지하는 것이 달성될 수 있다. 콜리메이터 렌즈나 방사 소스 각각과 대물 렌즈 사이의 거리가 변경될 때, 대물 렌즈의 입사동에서 방사 빔의 림 강도가 실질적으로 일정하다.

본 발명에 따른 광학 주사 장치의 바람직한 실시형태에 있어서, 광학 컴포넌트는 2개의 전환 가능한 메니스커스 경계를 갖는 전기 습윤 셀로서 제공된다.

광학 컴포넌트는 전기 습윤 셀이고, 각각 유체 챔버 내에서 소정의 체적을 갖는 일반적으로 2개의 유체를 포함한다. 유체는 경계에 걸쳐서 접촉한다. 전기 에너지나 전압 각각은, 제1과 제2유체 사이의 이 경계의 형상을 직접 변경하는데 사용될 수 있다. 이들 유체는 힘에 따라서 그 형상을 변경하는 물질이다. 이러한 유체는 기체, 액체 또는 유동할 수 있는 고체와 액체의 혼합물일 수 있다.

본 발명의 이 실시형태에 있어서, 전기 습윤 셀은, 유체 챔버 내에 2개 또는 3개의 유체를 포함하므로, 전기 습윤 셀이 메니스커스 형상을 갖는 2개의 경계를 포함하게 된다. 전기 습윤 셀의 2개의 전극에 대한 전압 인가는, 전기 습윤 셀의 메니스커스의 만곡에 변화를 일으킨다.

본 발명에 따른 광학 주사 장치의 다른 실시형태에 있어서, 전기 습윤 셀의 제1의 메니스커스 표면의 반지름 R₁은 실질적으로,

을 따르고,

여기서, d₂, d₃, d₄는 전기 습윤 셀의 매질 두께이고, n₁, n₂, n₃, n₄은 전기 습윤 셀 내의 매질의 굴절률, h_p는 광학 축에 대한 대물 렌즈의 입사동 높이, h₀는 광학 축에 대한 전기 습윤 셀 전방의 입사 빔의 높이, α₃는 대물 렌즈의 입사동에서의 외연 광선의 광학 축과의 입사 각도, D는 전기 습윤 셀의 출사 면으로부터 대물 렌즈까지의 거리이다.

이 식에 의하면, 빔을 매우 정확하게 디스크 상의 소정의 위치에 포커스할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 방사 빔과 광학 축 사이의 입사동에서 소정 각도를 갖도록, 전기 습윤 셀의 제2의 메니스커스 표면의 반지름 R₂은 실질적으로,

을 따르고,

여기서, d₂, d₃, d₄, d₅는 전기 습윤 셀의 매질의 두께이고, n₁, n₂, n₃, n₄는 전기 습윤 셀 내의 매질의 굴절률이며, R₁은 전기 습윤 셀의 제1의 메니스커의 표면의 반지름으로 된다.

본 발명의 목적과 장점 및 형태는 첨부 도면에 따른 본 발명의 바람직한 실시형태의 상세한 설명으로부터 명백해지는데,

도 1은 스플릿 광학 헤드와 통합되는 광학 주사 장치를 나타내고,

도 2a 및 2b는 본 발명에 따른 주사 장치를 나타내며,

도 3a는 하나의 메니스커스를 갖는 전기 습윤 셀의 측면도이고,

도 3b는 2개의 독립적으로 제어 가능한 메니스커스를 갖는 전기 습윤 셀의 측면도이며,

도 4는 본 발명에 따른 전기 습윤 셀의 측면도이다.

도 1은 광학 기록 매체(100)를 주사하는 스플릿 광학 헤드를 포함하는 광학 주사 장치를 나타낸다. 주사 장치는 방사 빔(30)을 방출하는 반도체 레이저 형태의 방사 소스(200)를 구비한다. 방사 빔은 광학 기록 매체(100)의 정보층(100)을 주사하기 위해 사용된다. 방사 소스(200)로 방출된 방사 빔은 콜리메이터 렌즈(40)로 입사한다. 콜리메이터 렌즈(40)는 빔을 시준된 빔(30')으로 변환하며, 이 빔은 편광 빔 스플리터(50)를 통해 진행한다. 편광 빔 스플리터(50)는 빔을 갈바노 미러(60)에 투과시키고, 표시된 축 주위로 회전시킨다. 그 다음, 시준된 빔(30')은 1/4파장판(70)을 통해 진행해서, 빔이 원형 편광 빔으로 변환된다. 그 다음, 원형 편광된 빔은 폴딩 미러(80)로 반사된다. 그 다음, 이 빔은 대물 렌즈(90)에 의해 광학 기록 매체(100) 상에 포커스된다. 대물 렌즈(90)는 하나 이상의 렌즈 및/또는 격자를 구비할 수 있다. 대물 렌즈(90)를 통과하는 수렴하는 빔 은 정보층(101) 상에 스폿을 형성한다. 정보층(101)에 의해 반사된 방사는 발산 빔을 형성하고, 대물 렌즈(90)에 의해 실질적으로 시준된 빔으로 변환되고, 폴딩 미러(80)에 의해 다시 반사된다. 그 다음, 빔은 1/4파장판(70)을 다시 통과한다. 빔은 역방향으로 진행하므로, 원래 빔에 직교해서 편광된다. 이 편광된 빔은 갈바노 미러(60)에 충돌하고, 편광 빔 스플리터(50)로 진행한다. 빔 스플리터(50)는, 시준된 빔의 적어도 일부를 서보 렌즈(110)를 향해 반사함으로써, 순방향 빔과 반사된 빔을 분리한다. 그 다음, 빔은 원통형 렌즈(120)를 통해 검출 시스템(130)을 향해 진행한다. 검출 시스템(130)은 방사를 포획하고, 이 방사를 전기 출력 신호로 변환하는데, 이 신호는 광학 헤드로부터 분리된 주사 장치 내에 위치된 신호 처리 회로에 의해 처리된다. 신호 프로세서는 이들 출력 신호를 다양한 다른 신호로 변환한다.

도 1에 따른 광학 주사 장치는 스플릿 광학 헤드이다. 대물 렌즈(90)와 폴딩 미러(80)만이 액세스 동안 이동하고, 광학 픽업 유닛의 나머지 부분은 고정된다. 고정된 부분은 정확한 반경 트랙킹을 달성하기 위해서 갈바노 미러(60)를 포함한다. 갈바노 미러(60)의 회전 위치는, 주요 고주파 4분면 검출기를 수반하는 스플릿 위성 검출기로 코팅되지 않은 1/4파장판으로부터의 반사를 감시함으로써, 측정된다. 갈바노 미러(60)는 중심이 회전 축과 일치하도록 설계된다. 선형 모터와 갈바노 미러(60)는 반경 트랙킹을 수행하고, 렌즈 액튜에이터에 대한 축 트랙킹만을 한다. 리브 스프링을 갖는 1D 포커스 액튜에이터는, CD 및 DVD 디스크 모두의 포커싱을 유지하도록 충분히 큰 스트로크로 대물 렌즈(90)를 축으로 변위시킨 다. 액튜에이터 설계는, 최 외각 위치에서도, 리브 스프링이 큰 반경 가속도에 견디도록 충분히 단단하게 된다.

도 2a 및 2b는 상기된 광학 기록 매체(1)를 주사하기 위한 장치를 나타내는데, 본 발명을 위한 대부분의 중요 컴포넌트가 보인다. 기록 매체(1)는 한 측면 상에 정보층이 배열된 투명층을 구비한다. 정보층의 다른 측면 상에는, 얇은 스페이서층이 배열된다. 얇은 스페이서층의 자유 측면에는, 다른 정보층이 배열된다. 환경 영향으로부터 정보층을 보호하기 위해서, 보호층이 적용된다. 따라서, 기록 매체(1)는 2중 층 디스크이다. 본 발명은 2중 층 디스크와 연관되지만 단일 층 디스크일 수도 있다.

광학 주사 장치는 방사 빔(3)을 방출하는, 예를 들면 반도체 레이저인 방사 소스(2)를 구비한다. 도면에 도시되지 않은 빔 스플리터는, 예를 들면 반투명 판이나 프리즘 큐브 빔 스플리터로서, 발산 빔(3)이 평행 빔(5)으로 변형되는 콜리메이터 렌즈(4)를 향해서 방사 빔을 투과하거나 반사한다. 빔(5)이 콜레메이터 렌즈(4)를 통과한 후, 빔은 광학 컴포넌트(6)에 충돌한다. 이 광학 컴포넌트(6)는 전기 습윤 셀이고, 결합된 빔 익스펜더 및 버전스 스위치로 사용된다. 추가적으로, 광 경로 내에 제공된 전기 습윤 셀(6)은, 대물 렌즈(7)의 입사동에서의 빔의 림 강도가 방사 소스(2)와 대물 렌즈(7) 사이의 거리에 실질적으로 독립적이 되도록 광선 방향으로 전기 습윤 셀(6)을 수반하는 대물 렌즈(7)의 입사동에서 빔(5)의 버전스를 전환한다. 상기된 바와 같이, 대물 렌즈(7)는 전기 습윤 렌즈(6)를 수반한다. 대물 렌즈(7)는 전기 습윤 셀(6)로부터 출현하는 빔을 변환해서, 기록 매 체(1)의 한 정보층의 위치에 주사 스폿을 형성한다. 대물 렌즈(7)는, 예를 들면 상기된 액튜에이터 내의 탑재 수단(9)에 탑재되므로, 이에 의해 대물 렌즈(7)는 정보층 상에서 포커스를 움직일 수 있다. 이 주사에 기인해서, 스폿은 포커스 내의 트랙 상에 유지된다.

전기 습윤 셀(6)은 도 3a에 나타낸 바와 같이 2개의 전기 습윤 셀로 이루어지거나 도 3b에 나타낸 바와 같이 하나의 전기 습윤 셀로 이루어진다.

도 3a는 제1종류의 전기 습윤 셀의 단면도이다. 이 전기 습윤 셀은, 유체 챔버(13)를 형성하기 위해 투명 전방 소자(11)와 투명 후방 소자(12)로 밀봉된 캐필러리 튜브를 형성하는 원통형의 제1전극(10)을 구비한다. 유체 챔버(13)는 2개의 유체 A 및 B를 포함한다. 전극(10)은 튜브(14)의 내벽에 배열된 접촉 코팅일 수 있다. 2개의 유체 A 및 B는, 실리콘 오일이나 알칸 등의 전기 절연성의 제1액체 A와 수성 염 용액 등의 도전성의 제2액체 B 형태의 혼합할 수 없는 유체로 이루어진다. 바람직하게는, 2개의 액체 A 및 B는 동일한 밀도를 갖도록 배열되므로, 전기 습윤 셀(6)이, 예를 들면 2개의 액체 A 및 B 사이의 중력 효과에 의존하지 않고, 배향에 독립적으로 기능한다. 이는, 제1액체 성분의 적합한 선택에 의해 달성될 수 있는데, 예를 들면 알칸이나 실리콘 오일은 염 용액의 밀도와 정합되도록 그 밀도를 증가시키기 위해서 분자 성분을 추가함으로써 변경될 수 있다.

사용된 오일의 선택에 따라서, 오일의 굴절률은 1.25와 1.6 사이에서 변화될 수 있다. 마찬가지로, 추가된 염 량에 따라서, 염 용액이 1.33과 1.48 사이의 굴절률로 변화될 수 있다. 도 3a의 유체는, 제1액체 A가 제2액체 B보다 높은 굴절률 을 갖도록 선택된다.

전형적으로, 제1전극(10)은 1mm와 20mm 사이의 내측 반지름을 갖는 원통이다. 전극(10)은 금속 재료로 형성되고, 절연층(15)으로 코팅된다. 이 절연층(15)은 파릴렌으로 이루어지고, 50mm와 100㎛ 사이, 전형적으로는 1㎛와 10㎛ 사이에 놓이는 값의 두께를 갖는다. 절연층(15)은 유체 챔버(13)의 원통형 벽을 갖는 메니스커스(17)의 접촉 각도 상에서 히스테리시스를 감소하는 유체 접촉층(16)으로 코팅된다. 바람직하게는, 유체 접촉층(16)은 테프론 AF1600과 같은 아몰퍼스 플로로카본으로 형성된다. 유체 접촉층(16)은 5nm와 15㎛ 사이의 두께를 갖는다. 테프론 AF1600 코팅은 전극(10)의 반복된 딥 코팅으로 생성될 수 있다. 전극(10)의 원통형 측면이 제2원통형 전극(10)과 실질적으로 평행하므로, 실질적으로 균일한 두께의 균질층의 재료가, 이에 의해 형성된다. 딥 코팅은 전극을 디핑 용액에 담그는 동시에 그 축 방향을 따라서 전극을 넣었다 뺐다 함으로써 수행된다. 파릴렌 코팅(15)은 화학기상성장법으로 인가된다. 이 제2유체에 의한 유체 접촉층(16)의 습윤성은, 전압이 제1과 제2전극(10) 사이에 인가되지 않을 때 접촉층(16)과 메니스커스(17)의 교점의 양쪽 측면에서 실질적으로 동일하다.

제2의 환상 전극(18)은 유체 챔버(13)의 한쪽 단부에 배열된다. 전극(18)이 제2유체 B 상에 작용하도록 제2전극(18)의 적어도 일부분이 유체 챔버(13) 내에 배열된다.

2개의 유체 A 및 B는 혼합할 수 없으므로, 메니스커스 사이에서 2개의 유체로 분리되는 경향이 있다. 제1전극과 제2전극(10 및 18) 사이에 전압이 인가되지 않을 때, 유체 접촉층(16)은 제2유체 B보다 제1유체 A에 대해서 더 높은 습윤성을 갖는다. 전기 습윤성에 기인해서, 제2유체 B의 습윤성은 제1전극(10)과 제2전극(18) 사이의 전압의 인가에 따라 변하며, 이는 3면 선에서 메니스커스(17)의 접촉 각도를 변화시키는 경향이 있다. 3면 선은 유체 접촉층(16)과 2개의 액체 A 및 B 사이의 접촉 선이다. 따라서, 메니스커스(17)의 형상은 인가된 전압에 따라서 변화될 수 있다. 제1유체 A와 제2유체 B 사이의 메니스커스(17)는, 더 높은 굴절률을 갖는 유체로부터 볼 때 메니스커스(17)가 우묵하면, 요면(凹面)으로 불린다.

도 3a를 참조하면, 예를 들면 0V와 20V 사이의 저전압 V1이 전극(10 및 18) 사이에 인가될 때, 메니스커스(17)는 제1의 요철 메니스커스 형상을 채용한다. 전기 습윤 셀을 통과하는 시준된 빔(5)은 강하게 발산한다. 메니스커스 형상의 요면을 감소시키기 위해서, 더 높은 전압이 제1과 제2전극 사이에 인가되어야 한다. 절연층(15)의 두께에 의존하는 중간 전압 V2, 예를 들면 20V 내지 150V가 전극 사이에 인가될 때, 메니스커스(17)는, 도 3a에서 메니스커스(17)와 비교해서 증가된 만곡의 반지름을 갖는 제2의 요면 메니스커스 형상을 채용하게 된다. 따라서, 시준된 빔(5)은 약하게 발산한다. 볼록한 메니스커스 형상을 생성하기 위해서, 높은 전압이 제1과 제2전극 사이에 인가되어야 한다. 비교적 높은 전압 V3, 예를 들면 150V 내지 200V가 전극 사이에 인가될 때, 메니스커스(17)는 철면(凸面) 형상을 채용한다. 따라서, 시준된 빔(5)은 수렴하는 빔으로 변환한다.

도 3a의 예에서는 유체 A가 유체 B보다 높은 굴절률을 가지지만, 유체 A는 유체 B보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다.

도 3b는 2개의 가변 렌즈 소자(19 및 20)를 구비하는 전기 습윤 셀의 또 다른 가능한 구성의 단면도를 나타낸다. 이 전기 습윤 셀은 도전 재료의 원통(21)을 구비한다. 원통(21)은 절연층(22)으로 코팅된다. 유체 접촉층(23)은 원통(21)의 내측에 배열된다. 도전성 원통(21)은 렌즈 소자(19 및 20)에 대해 공통인 제1전극을 형성한다. 제1렌즈 소자(19)의 제2전극은, 방사를 전송하기 위한 중심의 투명 지역을 갖는 환상의 도전층(24)으로 이루어진다. 도면 우측의 도전층(25)은 제2렌즈 소자(20)의 제2전극을 형성한다. 투명층(26 및 27)은 도전층(24 및 25)을 덮는다. 원통(21)의 중심부는 제1의 투명 및 비도전성 액체 A로 충전된다. 액체 A의 각 측면에, 제2의 투명 및 도전성 액체 B가 제공된다. 액체 B는 제1유체 A보다 낮은 굴절률을 갖는다. 좌측에서 혼합할 수 없는 유체 A 및 B는 제1메니스커스(28)에 의해 분리된다. 유체 A 및 B는 제2메니스커스(29)에 의해 분리된다.

메니스커스(28 및 29)의 만곡 및 따라서 렌즈 소자(19 및 20)의 초점 거리는, 제어 가능한 전압 소스(31 및 32)에 의해 서로 독립적으로 변화될 수 있다.

도 2a를 참조하면, 대물 렌즈(7)와 전기 습윤 셀(6) 사이의 거리 D가 작을 때, 광로 내에 전기 습윤 셀(6)을 갖는 광학 주사 장치를 개략적으로 나타낸다.

그런데, 도 2b는 도 2a와 같이, 대물 렌즈(7)와 전기 습윤 셀(6) 사이의 거리 D가 도 2a의 거리 D보다 큰 것을 나타낸다. 전기 습윤 렌즈(6)는 입사 빔(5)의 버전스를 변경할 뿐 아니라 대물 렌즈(7)의 입사동에서 빔의 림 강도를 일정하게 유지하기 위해서 D의 함수로서 이 전기 습윤 셀(6)을 떠나는 빔(5)의 폭도 변경한다.

도 4를 참조하면, 투명 전방 소자(11)와 투명 후방 소자(12)에 의해 밀봉되어 유체 챔버(13)를 형성하는 전기 습윤 셀(6)이 보인다. 본 발명의 이 실시형태에 있어서, 유체 챔버(13)는 2개의 다른 유체를 포함한다. 또한, 유체 챔버(13)는 3개의 다른 유체를 포함할 수도 있다. 유체는, 오일일 수 있는 전기 절연성인 제1액체 A와 물일 수 있는 도전성의 제2액체 B 및 도전성의 제3액체 C 형태의 혼합할 수 없는 액체로 이루어진다. 제2액체 B와 제3액체 C는 동일할 수 있다. 또한, 제2액체 B와 제3액체 C는 염 용액을 포함하는 물일 수 있다. 3개의 액체 A, B 및 C 각각은 소정의 체적을 갖고, 그 밀도가 실질적으로 동일하게 배열된다. 유체 A, B 및 C는 다른 굴절률 n₁, n₂, n₃를 갖고, 그 경계 M₁, M₂는 메니스커스 형상을 갖는다. 이 실시형태에서, 굴절률 n₁, n₃는 동일하다. 메니스커스 M₁, M₂는 다른 굴절력 K₁, K₂를 가질 수 있다. 전기 습윤 셀(6) 내에서 유체 A 및 B의 두께는 파라미터 d₁, d₂, d₃로 나타낸다. 투명 소자(11 및 12)의 두께는 파라미터 d₀ 및 d₄로 나타낸다. 전기 습윤 셀(6)의 출사 면(32)과 대물 렌즈(7) 사이의 거리는, 파라미터 D로 나타낸다. 파라미터 L은 대물 렌즈(7)의 물체 거리이다. 따라서, 거리 d₅는 파라미터 L 및 D로 결정된다.

전압이 전극(도시 생략)을 통해 액체 사이에 인가되면, 메니스커스 M₁, M₂의 만곡 형상은 변경된다.

일정한 림 강도를 얻기 위해서, 높이 h₀에서의 입사 빔(5)은, 대물 렌즈(7) 의 위치나 방사 소스(2)와 대물 렌즈(7) 사이의 거리 각각에 독립적으로 대물 렌즈(7)의 입사동의 외측 반지름에서 대물 렌즈(7)에 입사되어야 한다. 동시에, 입사 빔(5)은 대물 렌즈(7)의 입사동에서 광학 축(8)에 대해 바람직한 입사 각도 α₃를 가져야 한다. 전기 습윤 셀(6)의 2개의 메니스커스 M₁, M₂의 반지름을 전환함으로써, 양쪽 요건을 만족하는 것이 가능하다.

2개의 메니스커스 M₁, M₂는 독립적이다. 그러므로, 이들은 2개의 자유도로 귀결된다. 2개의 자유도에 기인해서, 빔(5)의 버전스를 전환하면서 림 강도를 일정하게 유지하는 것이 가능하다. 일정한 림 강도를 얻기 위해서, 메니스커스 M₁, M₂는 양쪽의 조건이나 요건을 충족하는 방법으로 정의되어야 한다. 이하, 이들 조건이 충족될 수 있는 방법이 개시된다. 높이 h₀에서 전기 습윤 셀(6)에 입사하는 빔(5)을 전기 습윤 셀(6)의 출사 면(13)보다 먼 거리 d₅의 포인트에 포커스하기 위해서, 근축 계산이 따르는데, 두께 d₁, d₂, d₃, d₄와 굴절률 n₁, n₂, n₃ 및 굴절력 K₁=(n₂-n₁)/R₁ 및 K₂=(n₃-n₂)/R₂는,

(1)를 따라야 한다.

R₁과 R₂는 M₁과 M₂의 반지름이다. 부호 변환은, W.T Welford에 의한 "Aberrations of optical systems"(Adam Hilger, Bristol, ISBN 0-852740564-8)에 개시된 것을 따른다. 또한, 이 빔이 광학 축(8)에 대해 각도 α₃를 이루게 하기 위해서, 근축 계산은,

(2)를 따라야 한다.

본 발명의 이 실시형태에 있어서, α₃는 도 4의 경우에 대해서 네거티브이다. α₃이 네거티브이면, 이는 빔이 가능한 대물 렌즈(7)에 수렴하는 것을 의미한다. 그런데, 또한 각도 α₃가 포지티브일 수 있다. 이 경우, 빔은 발산한다.

최종적으로, 입사동 높이 h_p를 갖고 전기 습윤 셀(6)의 출사 면(32)으로부터의 거리 D에 위치되는 대물 렌즈(7)의 경우, 도 4로부터 결론낼 수 있는데, d₅는,

(3)로 표현된다.

식 (3)의 마이너스 부호는 도 2의 경우에 대해서, 네거티브 각도 α₃로부터 귀결된다.

이제, 파라미터 R₁과 R₂를 기재할 수 있다. 반지름 R₁과 R₂의 값은 다음 식으로 기재될 수 있는데, 여기서 반지름 R₁과 R₂는, 실질적으로,

(4)를 따르고,

(5)를 따른다.

실제 달성된 R₁과 R₂의 값은, 식 (4)와 (5)의 값의 10% 미만으로 벗어나는 것이 바람직하다. 거리 D, 즉 전기 습윤 셀(6)과 대물 렌즈(7) 사이의 거리가 변경될 때, 양쪽 반지름 R₁과 R₂는 조정되어야 한다. 또한, 전기 습윤 셀(6)이 전환될 때, 거리 d₁, d₂, d₃는 변경된다.

또한, 도 4에 따라 본 발명에 대한 예를 상세히 설명한다. 전기 습윤 셀(6)은 3개의 유체 A, B, C로 만들어지거나 이들을 포함한다. 상기된 바와 같이, 유체 B 및 C는 동일하다. 유체 B 및 C는 n₁=1.3494의 굴절률을 갖는 물이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 유체 물은 2배 존재한다. 다른 유체 A는 n₂=1.5499의 굴절률을 갖는 오일이다. 전기 습윤 셀(6)은 2개의 투명 전극(11 및 12)으로 양측에서 밀봉된다. 투명 소자(11 및 12)는 유리, 예를 들면 BK7로 만들어질 수 있다. 투명 소자(11 및 12)에 대해서 BK7을 사용함으로써, BK7의 굴절률이 파라미터 n₀ 및 n₄로 나타내지는데, 여기서 n₀=n₄=1.5302이다. d₀, d₁, d₂, d₃, d₄를 위한 적합한 거리는, d₀=0.5mm, d₁=0.8mm, d₂=5.0mm, d₃=0.8mm, d₄=0.5mm이다.

2중 층 디스크(1: 도 4에는 표시되지 않음)는 0.1mm에 제1정보층을 갖고, 0.09mm에 제2정보층을 갖는다. 2중 층 디스크(1)의 정보층의 위치는 측면 판독으 로 측정된다. 각도 α₃는 0.09mm에서 정보층에 대응하며, -0.007781radian이다.

이하의 표 1에서는, 식 (4) 및 (5)에 따른 R₁ 및 R₂가 D의 값에 대해 표시되는 동시에, 광선 트레이스 계산에 따른 결과가 주어진다.

	광선 트레이스		분석
D(mm)	R₁(mm)	R₂(mm)	R₁(mm)	R₂(mm)
2	-18.45	-9.68	-18.51	-9.16
11	-4.38	-4.02	-4.53	-4.08

표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, R₁ 및 R₂에 대한 근축 근사를 고려하면, 양호한 대응을 보여준다. 대물 렌즈(7)와 조합해서 R₁ 및 R₂에 대한 최적 값을 발견하는데 있어서의 작은 차이는, 전기 습윤 셀(6)에 의해 도입되는 몇몇 구면 수차로 귀결된다. 구면 수차가 매우 작음에도, 반지름 R₁ 및 R₂에 대해 최적인 값의 약간의 변화가 있게 된다. 그럼에도, 분석과 광선 트레이스 사이의 차이는, 양호한 대응을 나타낸다.

본 발명에 따른 양쪽 조건의 충족은, 방사 소스와 대물 렌즈 사이의 거리에 독립적인 일정한 림 강도를 이끈다. 본 발명의 실시형태에 있어서, 전기 습윤 셀이 2개의 메니스커스를 포함함에도, 이 경우로 제한하는 것은 아니다. 또한, 각각 하나의 메니스커스를 포함하는 2개의 전기 습윤 셀을 제공하는 것도 가능하다. 본 발명은 광학 기록 시스템, 특히 스플릿 광학 장치를 사용하는 것에 사용될 수 있다.

소정의 참조 부호는 발명의 범위를 제한하는 것이 아님은 명백하다.

Claims

방사 빔(3, 5, 30, 30')으로 정보층(101)을 주사하기 위한 광학 주사 장치로서, 장치가 상기 방사 빔을 방출하기 위한 방사 소스(2, 200)와, 상기 정보층의 위치에서 상기 방사 빔을 주사 스폿으로 변환하기 위한 대물 렌즈(7, 90), 방사 소스와 대물 렌즈 사이의 거리를 조정하기 위한 탑재 수단(9)을 구비하고, 대물 렌즈(7, 90)의 입사동에서의 방사 빔(5, 30')의 림 강도가, 대물 렌즈의 입사동에서 상기 방사 빔의 일정한 외연 빔 각도를 위해, 방사 소스(2, 200)와 대물 렌즈 사이의 거리에 실질적으로 독립적이 되도록 광학 컴포넌트(6)가 제공되는 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
제1항에 있어서,

입사 방사 빔(5, 30')이, 대물 렌즈와 방사 소스(2, 200) 사이의 거리에 독립적인 대물 렌즈의 입사동의 외측 반지름에서의 광학 축(8)에 대한 설정된 각도와 설정된 높이로 대물 렌즈(7, 90)에 입사하는 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
제1항에 있어서,

광학 컴포넌트(6)는 2개의 전환 가능한 메니스커스 경계(M₁, M₂)를 갖는 전기 습윤 셀을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
제3항에 있어서,

전기 습윤 셀(6)이 콜리메이터 렌즈(4, 40)와 대물 렌즈(7, 90) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
제3항에 있어서,

전기 습윤 셀(6)의 제1의 메니스커스 표면(M₁)의 반지름 R₁이, 실질적으로,

을 따르고,

d₂, d₃, d₄는 전기 습윤 셀의 매질의 두께, n₁, n₂, n₃, n₄은 전기 습윤 셀 내의 매질의 굴절률, h_p는 광학 축에 대한 대물 렌즈의 입사동 높이, h₀는 광학 축에 대한 전기 습윤 셀 전방의 입사 빔의 높이, α₃는 대물 렌즈의 입사동에서의 외연 광선의 광학 축과의 입사 각도, D는 전기 습윤 셀의 출사 면으로부터 대물 렌즈까지의 거리인 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
제3항에 있어서,

전기 습윤 셀(6)의 제2의 메니스커스 표면(M₂)의 반지름 R₂이, 실질적으로,

을 따르고,

d₂, d₃, d₄, d₅는 전기 습윤 셀의 매질의 두께이고, n₁, n₂, n₃, n₄는 전기 습윤 셀 내의 매질의 굴절률이며, R₁은 전기 습윤 셀의 제1의 메니스커의 표면의 반지름인 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
제1항에 있어서,

적어도 하나의 정보층(101)이 광학 기록 매체(1, 100) 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서 청구된 광학 주사 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 기록 시스템.