KR20070004745A - 광학 기록 매체 주사 장치 - Google Patents

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KR20070004745A
KR20070004745A KR1020067019424A KR20067019424A KR20070004745A KR 20070004745 A KR20070004745 A KR 20070004745A KR 1020067019424 A KR1020067019424 A KR 1020067019424A KR 20067019424 A KR20067019424 A KR 20067019424A KR 20070004745 A KR20070004745 A KR 20070004745A
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테우니스 더블유. 투케르
요리스 제이. 프레헨
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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    • 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
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    • 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

Abstract

매체 내의 다른 정보층 깊이에서 정보층을 갖는 광학 기록 매체를 주사하기 위한 광학 주사 장치로서, 광학 기록 매체가, 제1정보층 깊이 d1에서 정보층(2')을 갖는 제1광학 기록 매체(3')와 제2정보층 깊이 d2에서 정보층(2'')을 갖는 제2광학 기록 매체(3'')와, 제3정보층 깊이 d3에서 정보층(2''')을 갖는 제3광학 기록 매체(3''')를 포함하고, d3<d2<d1이다. 주사 장치가, 상기 제1, 제2, 제3기록 매체(3'; 3'',3''') 각각을 주사하기 위한 제1, 제2, 제3방사 빔(4'; 4''; 4''')을 생성하기 위한 방사 소스 시스템(7)을 포함하고, 장치가 제1, 제2, 제3의 다른 파면 변형을 적어도 일부의 제1, 제2, 제3방사 빔 각각에 도입하는 회절 구조(48)를 포함한다. 회절 구조(48)가, 제1, 제2, 제3방사 빔 각각을 위해 선택된 회절 차수(m1, m2, m3)로 동작하도록 배열되고, 회절 구조(48)가 이하의 관계: 식(I)을 유지하도록 배열되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112006068138310-PCT00016
회절 구조, 방사 빔, 정보층.

Description

광학 기록 매체 주사 장치{OPTICAL RECORD CARRIER SCANNING DEVICE}
본 발명은, 다른 정보층 깊이에 정보층을 갖는 광학 주사 매체를 주사하기 위한 광학 주사 장치에 관한 것이다.
광학 기록 매체를 사용하는 데이터 기억 분야는 현재 기술이 활발하게 연구되고 있다. 대부분의 이러한 광학 기록 매체의 현재의 포맷은, 컴팩트 디스크(CD), 통상의 디지털 다기능 디스크(DVD) 및 블루 레이 디스크(BD)를 포함한다. 이들 포맷은, 판독 전용 버전(CD-ROM/DVD-ROM/BD-ROM), 기록가능한 버전(CD-R/DVD-R/BD-R), 재기록가능한 버전(CD-RW/DVD-RW/BD-RE) 및 오디오 버전(CD-A)을 포함하는 다양한 타입으로 이용할 수 있다. 다양한 포맷의 광학 기록 매체를 주사하기 위해서, 다른 파장을 갖는 방사 빔을 사용할 필요가 있다. 이 파장은 CD를 주사하기 위해 대략 780nm, DVD를 주사하기 위해 대략 650nm, BD를 주사하기 위해 대략 405nm이다.
광학 디스크의 다른 포맷은 최대 량의 다른 데이터를 기억할 수 있다. 이 최대 량은 디스크를 주사하는데 필요한 방사 빔의 파장과 대물 렌즈의 개구수(NA) 와 연관된다. 주사는 디스크 상의 데이터의 판독 및/또는 기록을 포함할 수 있다.
광학 디스크 상의 데이터는 정보층 상에 기억된다. 디스크의 정보층은 설정된 두께를 갖는 커버층으로 보호된다. 광학 디스크의 다양한 포맷은 다른 커버층 두께를 갖는데, 예를 들면 CD의 커버층 두께는 대략 1.2mm이고, DVD는 대략 0.6mm이며, BD는 대략 0.1mm이다. 소정 포맷의 광학 디스크를 주사할 때, 방사 빔은 정보층 상의 포인트에 포커스된다. 방사 빔이 디스크의 커버층을 통과함에 따라서, 구면 수차가 방사 빔에 도입된다. 도입된 구면 수차의 양은 커버층의 두께와 방사 빔의 파장에 의존한다. 디스크의 커버층에 도달하기 전에, 방사 빔은, 커버층에 의해 도입된 구면 수차와 결합되도록 소정의 구면 수차를 미리 소유할 필요가 있으며, 방사 빔은 디스크의 정보층 상에 정확하게 포커스될 수 있다. 다른 커버층 두께를 갖는 다른 디스크를 주사하기 위해서, 방사 빔은 커버층에 도달하기 전에 다른 구면 수차를 소유할 필요가 있다. 이는 정보층 상의 방사 빔의 정확한 포커싱을 보장한다.
예를 들면, CD, DVD, BD인 디스크의 다양한 포맷을 주사할 수 있는 하나의 광학 장치를 갖는 것이 바람직하다. 이는, 부분적으로, 커버층에 도달하기 전에, 다른 커버층 두께가 적합한 방사 빔의 다른 구면 수차를 요구하기 때문이다. 흔히, 이러한 다수의 디스크 포맷 주사 장치는, 하나의 광학 디스크만의 주사를 위해서 개별적으로 특정된 많은 다른 광학 소자의 어셈블리를 포함한다. 흔히, 이는 이러한 장치를 비교적 복잡하고, 결과적으로 부피가 크며 고가인 장치가 되게 한다.
국제 특허 출원 WO 03/060891은, 3개의 다른 방사 빔을 각각 사용해서, 3개의 다른 광학 기록 매체의 정보층을 주사하기 위한 광학 주사 장치를 개시한다. 각각의 방사 빔은 편광과 다른 파장을 갖는다. 장치는 복굴절 재료를 구비하는 회절부를 갖는 대물 렌즈를 구비한다. 회절부는, 가장 짧은 파장을 갖는 빔이 가장 짧은 파장에 대해 실질적으로 제로인 도입된 위상 변경 모듈로(modulo) 2π를 갖도록 방사 빔을 회절한다. 회절부는 적어도 하나의 다른 방사 빔을 포지티브의 제1차수로 회절한다.
국제 특허 출원 WO 03/060892는, 3개의 다른 방사 빔을 각각 사용해서 3개의 다른 광학 기록 매체의 정보층을 주사하기 위한 광학 주사 장치를 개시한다. 각각의 방사 빔은 편광과 다른 파장을 갖는다. 장치는 대물 렌즈와 하나 또는 2개의 방사 빔의 파면 수차를 보상하기 위한 위상 구조를 구비한다. 위상 구조는, 복굴절 재료를 구비하고, 비주기 단차 프로파일을 갖는다.
미국 특허 US 6687037은, 2개의 다른 파장의 방사 빔으로 광학 기록 매체를 주사하기 위한 광학 주사 장치를 개시한다. 장치는 대물 렌즈와 블레이즈된 회절 격자를 근사하는 단차의 프로파일을 갖는 회절 소자를 구비한다. 회절 소자는 가장 짧은 파장의 방사 빔에 대해 제로 번째 회절 차수를 선택하고, 다른 방사 빔에 대해 제1차수를 선택한다.
국제 특허 출원 WO 02/41307은, 광학 주사 장치에서 사용하기 위한 렌즈 시스템을 개시한다. 시스템에서, 방사 빔은 광학 기록 매체의 정보층을 주사하기 위해 사용된다. 시스템의 렌즈는 회절 격자와 비주기 단차의 프로파일을 갖는 위상 구조를 갖는다. 이 렌즈는 방사 빔의 파장의 변화와, 주변 온도의 변화에 대해서 렌즈 시스템의 민감도를 감소시킨다.
본 발명의 목적은, 적어도 3개의 다른 정보층 깊이를 갖는 광학 기록 매체를 다른 파장의 방사 빔으로 주사하기 위한 효율적인 광학 주사 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따라서, 매체 내의 다른 정보층 깊이에서 정보층을 갖는 광학 기록 매체를 주사하기 위한 광학 주사 장치로서, 광학 기록 매체가,
제1정보층 깊이 d1에서 정보층을 갖는 제1광학 기록 매체와 제2정보층 깊이 d2에서 정보층을 갖는 제2광학 기록 매체와 제3정보층 깊이 d3에서 정보층을 갖는 제3광학 기록 매체를 포함하고, d3<d2<d1이며,
주사 장치가, 상기 제1, 제2, 제3기록 매체 각각을 주사하기 위한 제1, 제2, 제3방사 빔을 생성하기 위한 방사 소스 시스템을 포함하고, 장치가 제1, 제2, 제3의 다른 파면 변형을 적어도 일부의 제1, 제2, 제3방사 빔 각각에 도입하는 회절 구조를 포함하며,
회절 구조가, 제1, 제2, 제3방사 빔 각각을 위해 선택된 회절 차수(m1, m2, m3)로 동작하도록 배열되고,
회절 구조가 이하의 관계,
Figure 112006068138310-PCT00001
를 유지하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치를 제공한다.
상기 관계에 따른 회절 구조를 배열함으로써, 광학 주사 장치는 제1, 제2, 제3광학 기록 매체의 정보층을 다른 파장의 방사 빔으로 효과적으로 주사할 수 있는 광학 주사 장치를 제공한다.
3개의 다른 광학 디스크 포맷을 주사하기 위한 종래 기술의 광학 주사 장치와 비교해서, 본 발명의 회절 구조는 복굴절 재료로 제작할 필요가 없다. 이는 상대적으로 간단하고 낮은 제작 비용으로 광학 주사 장치를 제작할 수 있게 한다.
미리 정의된 편광을 갖도록 하기 위한 하나 이상의 방사 빔에 대한 요구는 없다. 이는 단순성 및 비교적 낮은 제작 비용에 도움을 준다. 또한, 다른 광학 기록 매체를 주사하기 위해서 방사 빔의 편광을 요구하지 않는 광학 주사 장치로, 방사 빔의 편광이 다른 형태의 광학 주사 장치에 사용될 수 있다. 그러므로, 광학 주사 장치는 추가적인 설계의 자유도를 제공하게 된다.
바람직하게는, 광학 주사 장치는 비회절 적응 성분을 각 방사 빔에 도입하도록 배열된 적응 구조를 구비하고, 비회절 적응 성분은 적어도 부분적으로 구면 수차를 보상하도록 배열된다.
바람직하게는, 광학 주사 장치가 광학 축을 갖고, 비주기 위상 성분을 각 방사 빔에 도입하도록 배열된 비주기 위상 구조를 구비하며, 상기 비주기 위상 구조는 상기 광학 축에 대해서 동심으로 배열되고, 비주기 프로파일을 갖는 복수의 반경 지역을 구비한다.
비주기 위상 성분을, 소정의 방사 빔에만 도입하기보다 각 방사 빔에 도입하도록 배열된 비주기 위상 구조와 함께, 광학 주사 장치의 설계가 더 단순해 진다.
본 발명의 다른 측면에 따라서, 제1, 제2, 제3의 다른 파면 변형을 적어도 일부의 제1, 제2, 제3방사 빔 각각에 도입하기 위한 광학 시스템으로서,
상기 방사 빔 각각은 다른 설정된 파장을 갖고, 상기 제3방사 빔의 파장이 상기 제1방사 빔 및 상기 제2방사 빔 모두의 파장보다 짧고,
상기 광학 시스템이, 상기 파면 변형 내에 선택된 회절 성분을 제공하도록 배열된 단차가 변화하는 프로파일을 갖는 회절 구조를 구비하고, 상기 제1파면 변형의 선택된 회절 성분이 비제로 차수의 회절 성분이며,
i) 회절 구조가, 상기 제3파면 변형의 선택된 회절 성분이 비제로 차수의 회절 성분이도록 배열되고,
ii) 회절 구조의 프로파일의 단차가 상기 제2방사 빔 위상 변화에 도입되도록 배열되고, 각 위상 변화 모듈로(modulo) 2π가 각각의 다른 위상 변화와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 광학 시스템을 제공한다.
제2방사 빔에 대해서, 평균 위상 변화 값, 모듈로 2π는 회절 구조의 모든 단차를 가로지르는 위상 변화의 평균을 취해서 결정될 수 있다. 각 위상 변화와 평균 위상 변화 값, 모듈로 2π 사이의 차이는 실질적으로 제로이다. 바람직하게는, 각각의 차이는 0.2(2π) 값 미만이고, 더 바람직하게는 차이는 0.1(2π) 값 미만이며, 더 바람직하게는 차이는 0.005(2π) 값 미만이다. 이 방법에 있어서, 회절 구조는, 회절 구조가 실질적으로 제2방사 빔에 대해서 "불가시"이도록 배열된다.
전형적으로, 단차의 프로파일을 갖는 회절 구조를 사용함으로써 다른 파장의 다수의 빔과 함께 사용하기 위해 채용된 공지의 광학 시스템에 있어서, 광학 시스템은 가장 짧은 파장의 빔에 대해 최적화되고, 회절 구조는, 이 파장에서 가장 엄격한 공차가 적용되므로, 가장 짧은 파장의 빔에 대해서 실질적으로 "불가시"이도록 설계된다. 그런데, 본 발명에 있어서, 알맞은 경우는 아니지만 본 발명의 다른 실시형태에 있어서는, 비교적 단순한 설계이므로 비교적 쉽게 제작할 수 있는 회절 구조가 여전히 제공된다. 이는 비교적 효과적이고, 비교적 저비용의 광학 주사 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따라서, 제1, 제2, 제3의 다른 파면 변형을 적어도 일부의 제1, 제2, 제3방사 빔 각각에 도입하기 위한 광학 시스템으로서,
상기 방사 빔 각각은 다른 설정된 파장을 갖고, 상기 제3방사 빔의 파장이 상기 제1방사 빔 및 상기 제2방사 빔 모두의 파장보다 짧고,
상기 광학 시스템이, 상기 파면 변형 내에 선택된 회절 성분을 제공하도록 배열된 단차가 변화하는 프로파일을 갖는 회절 구조를 구비하고, 상기 제1파면 변형의 선택된 회절 성분이 비제로 차수의 회절 성분이며,
i) 회절 구조가, 상기 제3파면 변형의 선택된 회절 성분이 비제로 차수의 회절 성분이도록 배열되고,
ii) 회절 구조의 프로파일의 단차가, 상기 제2파면 변형의 선택된 회절 성분이 제로 차수의 다른 성분이도록 배열되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템을 제공한다.
전형적으로, 단차의 프로파일을 갖는 회절 구조를 사용함으로써 다른 파장의 다수의 빔과 함께 사용하기 위해 채용된 공지의 광학 시스템에 있어서, 광학 시스템은 가장 짧은 파장의 빔에 대해 최적화되고, 회절 구조는 가장 짧은 파장의 빔에 대해서 실질적으로 "불가시"이도록 설계됨에 따라, 이 파장에서 가장 엄격한 공차가 적용되므로, 제로 차수의 회절 성분이 가장 짧은 파장에 대해서 사용된다. 그런데, 본 발명에 있어서, 알맞은 경우는 아니지만 본 발명의 다른 실시형태에 있어서는, 비교적 단순한 설계이므로 비교적 쉽게 제작할 수 있는 회절 구조가 여전히 제공된다. 이는 비교적 효과적이고, 비교적 저비용의 광학 주사 장치를 제공한다.
본 발명의 형태 및 장점은, 첨부 도면을 참조로 행해진 본 발명의 바람직한 실시형태의 이하의 상세한 설명으로부터 명백해진다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 광학 주사 장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 광학 주사 장치의 광학 시스템을 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 적응 구조를 개략적으로 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 회절 구조를 개략적으로 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 회절 구조의 위상 함수의 플롯을 개략적으로 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 다른 방사 빔에 대한 회절 구조로 제공된 위상 지연을 개략적으로 나타낸 도면,
도 7, 8, 9는 본 발명의 실시형태에 따른 광학 시스템의 구조로 제공된 다른 방사 빔의 부분에 대한 파면 수차를 각각 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 실시형태에 따른 비주기 위상 구조와 결합된 적응 구조의 프로파일을 개략적으로 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 실시형태에 따른 회절 구조와 결합된 비주기 위상 구조와 결합된 적응 구조의 프로파일을 개략적으로 나타낸 도면,
도 12, 13, 14는 본 발명의 실시형태에 따른 광학 시스템의 구조로 제공된 다른 방사 빔의 부분에 대한 파면 수차를 각각 나타낸 도면,
도 15, 16, 17은 본 발명의 실시형태에 따른 광학 시스템의 소자에 의해 제공된 다른 방사 빔의 파면 수차를 각각 나타낸 도면이다.
도 1은 제1, 제2, 제3광학 기록 매체를 제1, 제2, 제3의 다른 방사 빔으로 각각 주사하기 위한 광학 주사 장치를 개략적으로 나타낸다. 제1광학 기록 매체(3')가 도시되는데, 제1방사 빔(4')으로 주사된 제1정보층(2')을 갖는다. 제1광 학 기록 매체(3')는 그 한 측면 상에 정보층(2')이 배열된 커버층(5')을 포함한다. 커버층(5')으로부터 이격되어 면하는 정보층의 측면은 보호층(6')에 의해 환경 영향으로부터 보호된다. 커버층(5')은 제1정보층(2')을 지지하기 위한 기계적인 지지체를 제공함으로써, 제1광학 기록 매체(3')를 위한 기재로서 사용된다. 한편, 커버층(5')은 제1정보층(2')을 보호하는 단독 기능을 가질 수 있는 한편, 기계적인 지지체는 제1정보층(2')의 다른 측면 상의 층, 예를 들면 보호층(6')이나 추가 정보층으로 제공되고, 커버층이 최상위 정보층에 접속된다. 제1정보층(2')은 커버층(5')의 두께에 대응하는 제1정보층 깊이 d1을 갖는다. 제2 및 제3광학 기록 매체(3'', 3''')는 제2 및 제3의 광학 기록 매체(3'', 3''')의 커버층(5'', 5''')의 두께에 각각 대응하는 제2, 제3의 다른 정보층 깊이 d2 , d3를 갖는다. 제3정보층 깊이 d3는 제2정보층 깊이 d2 미만이고, 이 제2정보층 깊이는 제1정보층 깊이 d1 미만이므로, 즉 d3<d2<d1이다. 제1정보층(2')은 제1광학 기록 매체(3')의 표면이다. 유사하게, 제2 및 제3정보층(2'', 2''')은 제2 및 제3의 광학 기록 매체(3'', 3''')의 표면이다. 그 표면은 적어도 하나의 트랙, 예를 들면 포커스된 방사의 스폿에 의해 추종되는 경로를 포함하며, 그 경로 상에 광학적으로 판독할 수 있는 마크가 정보를 표현하도록 배열된다. 마크는, 예를 들면 주위와 다른 반사 계수나 자화 방향을 갖는 피트나 영역의 형태일 수 있다. 제1광학 기록 매체(3')가 디스크 형상을 갖는 경우, 주어진 트랙에 대해서 이하가 정의되는데: "방사 방향"은 디스크의 트랙과 중심 사이의 기준 축, X축 방향이고, "탄젠트" 방향은 다른 축, 트 랙에 탄젠트이고 X축에 대해 직교하는 Y축 방향이다. 이 실시형태에 있어서, 제1광학 기록 매체(3')는 컴팩트 디스크(CD)이고 제1정보층 깊이 d1은 대략 1.2mm이며, 제2광학 기록 매체(3'')는 통상적인 디지털 다기능 디스크(DVD)이고 제2정보층 깊이 d2는 대략 0.6mm이며, 제3광학 기록 매체(3''')는 blu-rayTM 디스크(BD)이고 제3정보층 깊이 d3는 대략 0.1mm이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 광학 주사 장치(1)는 광학 축 OA를 갖고, 방사 소스 시스템(7)과, 콜리메이터 렌즈(8), 빔 스플리터(9), 광학 시스템(8) 및, 검출 시스템(10)을 포함한다. 또한, 광학 주사 장치(1)는 에러 교정을 위한 서보 회로(11), 포커스 액튜에이터(12), 반경 액튜에이터(13) 및, 정보 처리 유닛(14)을 포함한다.
방사 소스 시스템(7)은 제1방사 빔(4'), 제2방사 빔(4'') 및/또는 제3의 다른 방사 빔(4''')을 연속적으로 또는 동시에 생성하도록 배열된다(도 1에는 도시 생략). 예를 들면, 방사 소스(7)는 방사 빔(4', 4'', 4''')을 연속적으로 공급하는 튜너블 반도체 레이저나, 이들 방사 빔을 동시에 또는 연속적으로 공급하기 위한 3개의 반도체 레이저를 구비할 수 있다. 제1방사 빔(4')은 제1의 설정된 파장(λ1)을 갖고, 제2방사 빔(4'')은 제2의 다른 설정된 파장(λ2)을 갖고, 제3방사 빔(4'')은 제3의 다른 설정된 파장(λ3)을 갖는다. 이 실시형태에 있어서, 제3파장(λ3)은 제2파장(λ2)보다 짧다. 제2파장(λ2)은 제1파장(λ1)보다 짧다. 이 실 시형태에 있어서, 제1, 제2, 제3파장(λ1; λ2; λ3) 각각은 λ1에 대해서 대략 770 내지 810nm 범위, λ2에 대해서 640 내지 680nm, λ3에 대해서 400 내지 420nm이고, 바람직하게는 각각에 대해서 대략적으로, 785nm, 650nm, 405nm이다. 제1, 제2, 제3방사 빔은 대략 0.5, 0.65, 0.85인 개구수(NA)를 각각 갖는다.
콜리메이터 렌즈(18)는 제1방사 빔(4')을 제1의 실질적으로 시준된 빔(20')으로 변환하기 위해서 광학 축 OA 상에 배열된다. 유사하게, 이것은 제2 및 제3방사 빔(4'', 4''')을 제2의 실질적으로 시준된 빔(20'')과 제3의 실질적으로 시준된 빔(2''')으로 변환한다(도 1에는 도시 생략).
빔 스플리터(9)는 제1, 제2, 제3의 시준된 방사 빔(20', 20'', 20''')을 광학 시스템(8)을 향해 투과하도록 배열된다. 바람직하게는, 빔 스플리터(9)는 광학 축 OA에 대해서 각도 α로 틸트된 평면 평행판으로 형성되는데, α=45°가 바람직하다.
광학 시스템(8)은 제1, 제2, 제3의 시준된 방사 빔(20', 20'', 20''')을 제1, 제2, 제3광학 기록 매체(3', 3'', 3''') 상의 바람직한 포컬 포인트에 각각 포커스하기 위해 배열된다. 제1, 제2, 제3방사 빔(20', 20'', 20''')을 위한 바람직한 포컬 포인트는, 각각 제1, 제2, 제3주사 스폿(16', 16'', 16''')이다. 각 주사 스폿은 적합한 광학 기록 매체의 정보층(2', 2'', 2''') 상의 위치에 대응한다. 바람직하게는, 각 주사 스폿은 실질적으로 회절 제한되고, 70mλ 미만의 파면 수차를 갖는다.
주사 동안, 제1광학 기록 매체(3')는 스핀들(도 1에는 도시 생략) 상에서 회전하고, 그 다음 제1정보층(2')은 커버층(5')을 통해 주사된다. 포커스된 제1방사 빔(20')은 제1정보층(2') 상에서 반사되어, 반사된 제1방사 빔을 형성하며, 이 제1방사 빔은 광학 시스템(8)에 의해 제공된 순방향의 수렴하는 포커스된 제1방사 빔의 광학 경로 상에 리턴된다. 광학 시스템(8)은 반사된 제1방사 빔을 반사된 시준된 제1방사 빔(22')으로 변환한다. 빔 스플리터(9)는, 반사된 제1방사 빔(22')의 적어도 일부를 검출 시스템(10)을 향해 투과함으로써, 순방향 제1방사 빔(20')을 반사된 제1방사 빔(22')으로부터 분리한다.
검출 시스템(10)은, 반사된 제1방사 빔(22')의 상기 일부를 포획해서 하나 이상의 전기 신호로 수렴하기 위해 배열된 수렴 렌즈(25)와 4분면 검출기(23)를 포함한다. 신호 중 하나는 정보 신호 Idata이고, 그 값은 정보층(2') 상에 주사된 정보를 표현한다. 정보 신호 Idata는 에러 교정을 위해서 정보 처리 유닛(14)으로 처리된다. 검출 시스템(10)으로부터의 그 밖의 신호는 포커스 에러 신호 Ifocus와 반경 트래킹 에러 신호 Iradial이다. 신호 Ifocus는 제1주사 스폿(16')과 제1정보층(2')의 위치 사이에서 광학 축 OA를 따른 축의 높이 차이를 나타낸다. 바람직하게는, 이 신호는, G. Bouwhuis, J.Braat, A.Huijser 등에 의한 제목이 "Principles Optical Disc Systems", pp. 75-80(Adam Hilger 1985)(ISBN 0-85274-785-3)인 책으로부터 공지된 "비점수차 방법"으로 형성된다. 이 포커싱 방법에 따른 비점수차를 생성하기 위한 장치는 도시되지 않는다. 반경 트랙킹 에러 신호 Iradial은 제1주사 스폿(16')과 제1주사 스폿(16')에 의해 추종되는 정보층(2') 내의 트랙의 중심 사이에서 제1정보층(2')의 XY평면 내의 거리를 나타낸다. 바람직하게는, 이 신호는 G. Bouwhuis, pp.70-73에 의한 책으로부터 공지된 "radial push-pull method"로부터 형성된다.
서보 회로(11)는 신호 Ifocus와 신호 Iradial에 응답해서 포커스 액튜에이터(12)와 반경 액튜에이터(13)를 각각 제어하기 위한 서보 제어 신호 Icontrol을 제공하기 위해 배열된다. 포커스 액튜에이터(12)는 광학 축 OA를 따라 광학 시스템(8)의 렌즈의 위치를 제어하므로, 제1주사 스폿(16')의 위치를, 제1정보층(2')의 평면과 실질적으로 일치하도록 제어한다. 반경 액튜에이터(13)는 X축을 따라 광학 시스템(8)의 렌즈의 위치를 제어하므로, 제1주사 스폿(16')의 방사상의 위치를 제1정보층(2') 내에서 추종하는 트랙의 중심선과 실질적으로 일치하도록 제어한다.
도 2는 광학 주사 장치의 광학 시스템(8)을 개략적으로 나타낸다. 본 발명의 실시형태에 따른 광학 시스템(8)은 제1, 제2, 제3의 다른 파면 변형(WM1, WM2, WM3)을 제1, 제2, 제3방사 빔(20', 20'',20''') 각각의 적어도 일부에 도입하도록 배열된다. 각각의 파면 변형(WM1, WM2, WM3)은 회절 성분과, 적어도 하나의 비회절 적응 성분의 파면 변형 성분과, 비주기 위상 성분 및, 제2비주기 위상 성분을 구비한다.
광학 시스템(8)은, 이 예에서는, 바람직하게는 사이클릭 올레핀 코폴리머인 COC로 형성되는 호환할 수 있는 판(30)과 렌즈(32)를 포함하는데, 이들 모두는 광학 축 OA 상에 배열된다. 렌즈(32)는 대물 렌즈이고, 광학 기록 매체로부터 이격된 방향으로 면하는 비구면을 갖는다. 렌즈(32)는, 이 예에서는 유리로 형성된다. 호환할 수 있는 판(30) 없이 동작할 때, 렌즈(32)는 제3주사 스폿(16''')에 대해 대략 0.1mm의 제3정보층 깊이 d3를 갖는 커버층을 통해 대략 제3파장(λ3)과 대략 0.85의 개구수(NA)를 갖는 시준된 방사 빔을 포커스하도록 배열된다.
도 3은 제1의 NA(34), 제2의 NA(36), 제3의 다른 NA(38)를 갖는 호환할 수 있는 판(30)을 개략적으로 나타낸다. 제1, 제2, 제3NA(34, 36, 38)는 대략적으로 각각 0.5, 0.65, 0.85가 되고, 제1, 제2, 제3방사 빔(4', 4'', 4''')의 NA에 대응한다. 제1, 제2, 제3의 NA(34, 36, 38) 각각은 대략적으로 각각 1.18mm, 1.5mm, 2.0mm인 광학 축 OA로부터 연장된 반경을 갖는다. 호환할 수 있는 판(30)은 광학 기록 매체를 향하는 광학 축 OA를 따른 방향에 면하는 평판 면을 갖는다. 광학 기록 매체로부터 이격된 광학 축 OA를 따른 방향으로 면하는 평판 면에 대향하는 측면 상에서, 호환할 수 있는 판(30)은 적응 구조(40)를 포함한다. 환상 영역(42)은 제3의 NA(38)와 제2의 NA(36) 사이에 놓이고 평면이다. 순응 구조(40)는 제2의 NA(36)를 갖고, 환상 영역(42)과 연관해서 호환할 수 있는 판(30)의 레벨에 놓인다. 환상 영역(42)과 적응 구조(40) 사이의 경계는 벽(44)이다. 벽(44)으로 기재된 영역 내에서, 적응 구조(40)는 실질적으로 비구면인 면(46)을 제공한다. 면(46)의 만곡은 비회절 적응 성분을 제1, 제2, 제3파면 변형(WM1, WM2, WM3)에 도입하도록 배열된다. 비회절 적응 성분은 각 커버층에 의해 각 방사 빔에 도입된 구면 수차를 적어도 부분적으로 보상하도록 배열된다. 적응 구조(40)는, 대략적으로 제2파장 λ2과 제2의 NA(36)을 갖는 시준된 방사 빔이 적응 구조(40)와 렌즈(32)에 의해, 대략 0.6mm의 제2정보층 깊이 d2를 갖는 커버층을 통해서 실질적으로 최적화된 제2주사 스폿(16'')에 포커스되도록 배열된다.
도 4는 광학 주사 장치의 회절 구조를 개략적으로 나타낸다. 회절 구조는 제1의 NA(34)의 NA를 갖는 회절 격자(48)이다. 회절 격자(48)는 광학 축 OA에 대해서 동심으로 배열된 복수의 환상 돌기(50)를 구비한다. 경계(51)가 각각의 환상 돌기(50) 사이에 놓인다. 각각의 환상 돌기(50)는 단차의 프로파일을 갖고, 다른 높이 h를 갖는 복수의 단차를 포함한다. 각 돌기(50)는 제1단차 높이(h1)를 갖는 제1단차(52), 제2단차 높이(h2)를 갖는 제2단차(54), 제3단차 높이(h3)를 갖는 제3단차(56)를 갖는다. 제1단차(52), 제2단차(54), 제3단차(56)는, 제1, 제2, 제3폭(w1, w2, w3)을 갖는다. 제1, 제2, 제3단차 높이(h1, h2, h3)는 회절 성분을 제1, 제2, 제3파면 변형(WM1, WM2, WM3)에 도입하도록 배열된다. 회절 격자(48)에 의해 도입된 회절 성분은 위상 함수 φ(r)로 기재되는데, 여기서 r은 광학 축 OA에 직교하는 방향에서 취한 회절 격자(48)의 mm 단위의 반지름이다. 회절 격자(48)에 의해 도입된 위상 함수 φ(r)은 이하의 다항식 관계:
φ(r)=Ar2+Gr4+Hr6+... (1)로 주어진다.
상기 관계에서, A는 회절 성분의 포커스의 계수이고, G는 회절 성분의 구면 수차의 계수이며, H는 회절 성분의 가장 높은 차수의 구면 수차의 계수이다. 다항식 관계는, 회절 성분의 더 높은 차수의 구면 수차의 계수를 더 포함할 수 있다. 이 실시형태에 있어서, 계수 A, G, H는 바람직하게는 40.000, -2.941, -1.925의 값을 각각 갖는다. 본 발명의 다른 관점에서, 대물 렌즈(32)는 다를 수 있고, 계수 A, G, H는 다른 값을 가질 수 있다. 식 (1)에 있어서, 다항식 관계는, 반지름 r이 우수로 증가하는 2, 4, 6의 멱 때문에, 우수 값이다. 이는, 회절 격자가 포커스와 구면 수차 및 높은 차수의 구면 수차를 보상하는 것을 보장한다. 위상 함수 φ(r)은 다음 관계:
φ(r)=Ar2+Gr4 (2)로 근사될 수 있다.
도 5는 회절 격자(48)의 위상 함수 φ(r)의 플롯을 나타낸다. 위상 함수 φ(r)는, 제1축(58)에 직교하는 제2축(60) 상의 mm 단위의 반지름 r에 대한 제1축(58) 상의 라디안(radian) 단위의 위상 φ의 함수로 플롯된 플롯 선(57)으로 나타낸다. 위상 함수 φ(r)는 비선형 함수이다. 도 4 및 도 5를 참조하고, 위상 함수 φ(r)를 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이 회절 격자(48)에 적용하면, 돌기(50) 사이의 각각의 주요 경계(51)는 위상 함수 φ(r)의 포인트에 대응하는 반지름 r에 놓이고, 여기서 위상 φ는 이전의 주요 경계이므로, 대략 2π로 변경된다. 제1단차(52)와 제2단차(54) 사이의 경계는 위상 함수 φ(r)의 포인트에 대응하는 반지름 r에 놓이고, 여기서 위상 φ는 이전의 주요 경계(51)이므로, 대략 2π/3로 변경되고, 제2단차(54)와 제3단차(56) 사이의 경계는 위상 함수 φ(r)의 포인트에 대응하는 반지름 r에 놓이고, 여기서 위상 φ는 이전의 주요 경계(51)이므로, 대략 4π/3로 변경된다. 이들 단차 경계의 위치는 제1, 제2, 제3폭(w1, w2, w3)을 결정한다.
제1, 제2, 제3의 다른 파면 변형(WM1, WM2, WM3)의 회절 차수 m을 갖는 회절 성분은 다음 관계:
Figure 112006068138310-PCT00002
(3)로 주어진다.
상기 관계에 있어서, W는 회절 성분의 위상 양이고, λ는 방사 빔의 파장이다. 주어진 반경 r에서의 회절 성분의 위상 양은, 회절 성분의 선택된 차수 m에 비례한다. 제1광학 기록 매체(3')를 제1방사 빔(20')으로 주사할 때, 회절 격자(48)는 제1의 선택된 회절 차수 m1에서 동작하도록 배열된다. 제2광학 기록 매체(3'')를 제2방사 빔(20'')으로 주사할 때, 회절 격자(48)는 제2의 선택된 회절 차수 m2에서 동작하도록 배열된다. 제3광학 기록 매체(3''')를 제3방사 빔(20''')으로 주사할 때, 회절 격자(48)는 제3의 선택된 회절 차수 m3에서 동작하도록 배열된다. 회절 격자(48)는 다음의 관계:
Figure 112006068138310-PCT00003
(4)를 유지하도록 배열된다.
더 바람직하게는, 회절 격자(48)는 다음의 관계:
Figure 112006068138310-PCT00004
(5)를 유지하도록 배열된다.
더 바람직하게는, 회절 격자(48)는 다음의 관계:
Figure 112006068138310-PCT00005
(6)를 유지하도록 배열된다.
식 (4), (5), (6)의 관계에 있어서, 항:
Figure 112006068138310-PCT00006
은 제2와 제3의 선택된 회절 차수 m2, m3의 차이와 제1과 제2의 선택된 회절 차수 m2, m1의 차이 사이의 제1비율이다. 항:
Figure 112006068138310-PCT00007
는 제2와 제3정보층 깊이 d2, d3의 차이와 제1과 제2정보층 깊이 d2, d1의 차이 사이의 제2비율이다. 제1과 제2비율은, 격자가 구면 수차 보상 성분을 2개의 방사 빔 각각에 도입할 수 있게 하기 위해서, 바람직하게는 대략 동일한데, 그렇지 않으면 광학 시스템은 실질적으로 최적화되지 않는다. 식 (4)에 따른, 제1비율과 제2비율 사이의 차이는, -1 이상이고, +1 미만의 값이다. 특히, 식 (5)에 따라서, 이 차이는 -1/2 이상이고, +1/2 미만이며, 식 (6)에 따라서 더 바람직하게는 이 차이는 -1/4 이상이고, +1/4 미만이다.
이 실시형태에 있어서, 회절 성분의 제1의 선택된 회절 차수 m1은 비제로 포지티브 차수 +1이다. 회절 성분의 제2의 선택된 회절 차수 m2은, 이 실시형태에 있어서 광학 시스템은 회절 성분을 필요로 하지 않고 제2파장 λ2에 대해서 실질적으 로 최적화되므로, 제로 번째 차수이다. 회절 성분의 제3의 선택된 회절 차수 m3은 비제로 네거티브 차수이며, 바람직하게는 제1의 선택된 회절 차수와 동일한 크기로, 이 예에서는 -1이다.
제1, 제2, 제3회절 차수(m1, m2, m3)와 제1, 제2, 제3정보층 깊이(d1, d2, d3)의 이 실시형태에 따른 값을 식 (4), (5), (6)의 관계의 중심 항에 치환하면,
Figure 112006068138310-PCT00008
로 주어진다.
회절 격자(48)로 제공된 각 파면 변형의 회절 성분은, 복수의 다른 회절 차수를 포함한다. 제1, 제2, 제3의 단차 높이(h1, h2, h3)가, 회절 격자(48)가 복수의 다른 회절 차수의 다른 회절 차수에 우선해서 제1, 제2, 제3의 선택된 회절 차수(m1, m2, m3)를 선택하도록 선택된다.
이하, 표 1은 제1, 제2, 제3단차 높이(h1, h2, h3) 각각의 대략적인 높이를 나타낸다. 제1, 제2, 제3단차 높이(h1, h2, h3)를 포함하는 각 단차 높이 h는 이하의 관계:
Figure 112006068138310-PCT00009
(7)에 따라서 제2파장 λ2에 대해서 계산된다.
상기 관계에 있어서, z는 정수이고, n2는 회절 격자(48)의 재료, 이 예에서는 COC의 제2파장 λ2에 대한 굴절률이다. 제1, 제2, 제3파면 변형(WM1, WM2, WM3) 의 회절 격자(48)의 단차 각각에 의해 제공된 위상 변화 φ는, 제1, 제2, 제3위상 변화(φ1, φ2, φ3)로 표현될 수 있다. 제1, 제2, 제3단차 높이(h1, h2, h3)를 포함하는 단차 높이 h로 제1 및 제3파장(λ1, λ3)에 대해서 각각 제공되는 제1 및 제3위상 변화(φ1, φ3)는 다음 관계:
Figure 112006068138310-PCT00010
(8)에 따라 계산한다.
상기 관계에 있어서, k는 제1 또는 제3파장(λ1, λ3)에 대해 1 또는 3의 값을 갖고, nk는 제1 또는 제3파장(λ1, λ3)에 대해서 이 예에서는 COC인 회절 격자(48)의 재료의 굴절률이다.
표 1은 제1, 제2, 제3단차 높이(h1, h2, h3)로 제공된 2π로 나눈 모듈로 2π인 제1, 제2, 제3위상 변화(φ1, φ2, φ3)의 대략적인 값을 제공한다.
표1
Figure 112006068138310-PCT00011
제1위상 변화(φ1)는 대략 (1-a+nλ1)×2π이며, 여기서 a는 0.0과 1.0 사이의 값을 갖는 실수이고, nλ 1는 정수 값이다. 제2위상 변화(φ2)는 대략 (nλ2)×2π 이며, 제3위상 변화(φ3)는 대략 (1+a+nλ3)×2π다. 제2위상 변화 φ2인 모듈로 2π는 실질적으로 제로이다. 제2위상 변화 φ2는 (nλ2)×2π의 감산을 추종하는 실질적으로 제로의 값을 갖는데, 여기서 nλ2는 정수이다. 제1, 제2, 제3방사 빔(20', 20'', 20''')을 투과할 때 회절 격자(48)의 최대 성능은, 대략 적어도 60%, 바람직하게는 대략 65%, 더 바람직하게는 대략 68%이다. 각 돌기(50)의 단차의 프로파일은 회절 격자의 "블레이즈된" 타입의 돌기에 근사되도록 배열된다.
도 6은 제1, 제2, 제3파면 변형(MW1, MW2, MW3) 각각에 대해서 회절 격자(48)에 의해 제공된 회절 성분의 제1, 제2, 제3위상 지연, 모듈로 2π 프로파일(62, 64, 66)을 개략적으로 나타낸다. 제1, 제2, 제3기준 화살표(68, 70, 72)는, 제1, 제2, 제3위상 지연 프로파일(62, 64, 66) 각각과 연관된 제1, 제2, 제3파장(λ1, λ2, λ3) 각각에 대한 2π 위상의 길이를 가리킨다. 회절 격자(48)의 제1, 제2, 제3단차(52, 54, 5)는 제1방사 빔(20')에 대해서 제1위상 지연 프로파일(62)을 위한 제1, 제2, 제3위상 단차(74, 76, 78)를 제공한다. 제1블레이즈 각도 선(80)은 회절 격자의 "블레이즈된" 타입의 각 돌기의 블레이즈의 각도를 표시하는데, 이는 제1방사 빔(20')에 대해서 본 발명의 회절 격자(48)의 각 돌기(50)에 의해 근사된다. 각 돌기의 단차에 의한 이 근사된 각도는 회절 격자(48)가 제1방사 빔(20')에 대해서 제1회절 차수 m1을 선택할 수 있게 한다.
회절 격자(48)의 제1, 제2, 제3단차(52, 54, 56)는 제2위상 지연 프로파 일(64)을 위해서, 제2방사 빔(20'')에 대해서 제1, 제2, 제3위상 단차(82, 84, 86)를 각각 제공한다. 제1, 제2, 제3단차 높이(h1, h2, h3)는 회절 격자(48)가 제2방사 빔(20'')에 대해서 제2회절 차수 m2를 선택할 수 있게 한다.
회절 격자(48)의 제1, 제2, 제3단차(52, 54, 56)는, 제3위상 지연 프로파일(66)을 위해서, 제3방사 빔(20''')에 대해서 제1, 제2, 제3위상 단차(88, 90, 92)를 각각 제공한다. 회절 블레이즈 각도 선(94)은 회절 격자의 "블레이즈된" 타입의 각 돌기의 블레이즈의 각도를 표시하는데, 제3방사 빔(20''')에 대해서 본 발명의 회절 격자(48)의 각 돌기(50)에 의해 근사된다. 각 돌기의 단차에 의한 이 근사된 각도는 회절 격자(48)가 제3방사 빔(20''')을 위한 제3회절 차수 m3을 선택할 수 있게 한다.
회절 격자(48)는 적응 구조(40)와 결합된다. 도 7은 제1의 NA(34) 내에서 비회절 적응 성분과 결합된 회절 성분으로부터 형성된 제3방사 빔(20''')의 제1의 결과적인 파면 수차(96)를 나타낸다. 제3방사 빔(20''')의 제1의 결과적인 파면 수차(96)는 제1축(98)에 직교하는 제2축(100)에 대해서 제1축(98) 상에 플롯된다. 제1축(98)은 파의 파면 수차의 광학 경로 차이를 가리키고, 제2축(100)은 광학 축 OA에 직교하는 방향으로 취해진 mm 단위의 반지름 r을 가리킨다. 이 예에서, 광학 경로 차이 OPD는 0의 반지름 r에서 광학 시스템의 동공에 입사하는 방사 빔의 선의 광학 경로와 0이 아닌 값을 갖는 반지름 r에서 동공에 입사하는 방사 빔의 선의 광학 경로 사이에서 취한 차이로서 정의된다. 제3방사 빔(20''')의 제1의 결과적인 파면 수차(96)의 최대 광학 경로 차이는, 대략 -55mλ이다.
도 8은 제1의 NA(34) 내에서 비회절 적응 성분과 결합된 회절 성분으로부터 형성된 제2방사 빔(20'')의 제1의 결과적인 파면 수차(104)를 나타낸다. 제2방사 빔(20'')의 제1의 결과적인 파면 수차(104)는 제2축(100)에 대해서 제1축(98) 상에 플롯된다. 제2방사 빔(20'')의 제1의 결과적인 파면 수차(104)의 최대 광학 경로 차이는, 대략 +138mλ이다.
도 9는 제1의 NA(34) 내에서 비회절 적응 성분과 결합된 회절 성분으로부터 형성된 제1방사 빔(20')의 제1의 결과적인 파면 수차(106)를 나타낸다. 제1방사 빔(20')의 제1의 결과적인 파면 수차(106)는 제2축(100)에 대해서 제1축(98) 상에 플롯된다. 제1방사 빔(20')의 제1의 결과적인 파면 수차(106)의 최대 광학 경로 차이는, 대략 -55mλ이다.
도 10은 이 실시형태에 따른 비주기 위상 구조와 결합될 때, 적응 구조(40)의 프로파일(107)을 개략적으로 나타낸다. 비주기 위상 구조는 비구면(46) 상에 배열된다. 프로파일은 제4축(110)에 직교하는 제5축(112)에 대해서 제4축(110) 상에 플롯된다. 광학 축 OA로부터 연장된 다른 반경을 갖는 제1 및 제2의 NA(34, 36)가 도 10에 가리켜진다. 제4축(110)은 결합된 비주기 위상 구조와 적응 구조(40)의 mm 단위의 새그(sag)를 가리킨다. 제5축(112)은 결합된 비주기 위상 구조와 적응 구조(40)의 mm 단위의 반지름 r을 가리킨다. 적응 구조(40)의 벽(44)이 가리켜진다. 비주기 위상 구조는 제1의 NA(34)의 NA를 갖는다.
비주기 위상 구조는 광학 축 OA에 대해서 동심으로 배열된 복수의 반경 지역 을 구비한다. 복수의 반경 지역은 제1반경 지역(114), 제2반경 지역(116), 제3반경 지역(118)을 포함한다. 제1반경 지역(114)과 제2반경 지역(116) 사이의 경계는, 대략 0.60mm의 반지름 r에 놓인다. 제2반경 지역(116)과 제3반경 지역(118) 사이의 경계는, 대략 1.03mm의 반지름 r에 놓인다. 비주기 위상 구조의 제2반경 지역(116)은 광학 축 OA와 동심인 환상 돌기(120)를 구비하고, 대략 -1.4㎛의 새그를 갖는다.
비주기 위상 구조는 다른 비주기 위상 성분을 제1, 제2, 제3파면 변형(WM1, WM2, WM3)에 도입한다. 비주기 위상 성분은 각각의 방사 빔으로부터 위상 φ를 감산하도록 배열된다. 제1방사 빔(20')에 대해서, 2π로 나눈 모듈로 2π인 이 위상 φ는 대략 0.93의 값을 갖는다. 제2방사 빔(20'')에 대해서, 2π로 나눈 모듈로 2π인 이 위상 φ는 대략 0.12의 값을 갖는다. 제3방사 빔(20''')에 대해서, 2π로 나눈 모듈로 2π인 이 위상 φ는 대략 0.88의 값을 갖는다.
회절 격자(48)는 비주기 위상 구조와 결합된다. 도 11은 비주기 위상 구조와 회절 격자(48) 모두와 결합될 때, 적응 구조(40)의 프로파일(128)을 개략적으로 나타낸다. 프로파일(128)은 제5축(112)에 대해서 제4축(100) 상에 플롯된다. 광학 축 OA로부터 연장된 다른 반경을 갖는 제1, 제2, 제3의 NA(34, 36, 38)가 가리켜진다. 비주기 위상 구조의 제1, 제2, 제3반경 지역(114, 116, 118)이 가리켜진다. 회절 격자(48), 적응 구조(40) 및 비주기 위상 구조의 소자가, 적합한 참조부호를 사용해서 도 11에 가리켜진다.
도 12는 제1의 NA(34) 내에서 비회절 적응 성분과 비주기 위상 성분 모두와 결합된 회절 성분으로부터 형성된 제3방사 빔(20''')의 제2의 결과적인 파면 수차(122)를 나타낸다. 제3방사 빔(20''')의 제2의 결과적인 파면 수차(122)는 제2축(100)에 대해서 제1축(98) 상에 플롯된다. 제3방사 빔(20''')의 제2의 결과적인 파면 수차(122)의 제곱 평균 파면 수차는, 대략 37mλ이다.
도 13은 제1의 NA(34) 내에서 비회절 적응 성분과 비주기 위상 성분 모두와 결합된 회절 성분으로부터 형성된 제2방사 빔(20'')의 제2의 결과적인 파면 수차(124)를 나타낸다. 제2방사 빔(20'')의 제2의 결과적인 파면 수차(124)는 제2축(100)에 대해서 제1축(98) 상에 플롯된다. 제2방사 빔(20'')의 제2의 결과적인 파면 수차(124)의 제곱 평균 파면 수차는, 대략 25mλ이다.
도 14는 제1의 NA(34) 내에서 비회절 적응 성분과 비주기 위상 성분 모두와 결합된 회절 성분으로부터 형성된 제1방사 빔(20')의 제2의 결과적인 파면 수차(126)를 나타낸다. 제1방사 빔(20')의 제2의 결과적인 파면 수차(126)는 제2축(100)에 대해서 제1축(98) 상에 플롯된다. 제1방사 빔(20')의 제2의 결과적인 파면 수차(126)의 제곱 평균 파면 수차는, 대략 13mλ이다.
도 11을 참조하면, 제1의 NA(34)와 제2의 NA(36)의 경계와 제2의 NA(36)와 제3의 NA(38)의 경계 사이에 놓인 적응 구조(40)의 구역은, 적응 구조(40)와 결합된 제2의 다른 비주기 위상 구조를 구비한다. 이 제2의 비주기 위상 구조의 프로파일(129)을 도 11에 나타낸다. 제2의 비주기 위상 구조는, 광학 축 OA에 대해서 동심으로 배열된 제4, 제5, 제6의 반경 지역을 구비한다. 제3반경 지역(118)과 제 4반경 지역 사이의 경계는, 대략 1.18mm의 반지름 r에 놓인다. 제4반경 지역과 제5반경 지역 사이의 경계는, 대략 1.435mm의 반지름 r에 놓인다. 제5반경 지역과 제6반경 지역 사이의 경계는, 대략 1.478mm의 반지름 r에 놓인다.
제2의 비주기 위상 구조는 제2의 비주기 위상 성분을 제2 및 제3의 파면 변형(WM2, WM3)에 도입하도록 배열된다. 제2의 비주기 위상 성분은 위상 변화 φ를 제2 및 제3의 방사 빔(20'', 20''')에 도입하도록 배열된다.
제4, 제5, 제6반경 지역 각각은, 광학 축 OA와 동심인 환상 돌기를 구비하고, 제4, 제5, 제6의 높이(h4, h5, h6)를 각각 갖는다. 표 2는, 이들 높이의 대략적인 값과 제3방사 빔(20''')에 대해서 이들 단차 높이로 제공된 2π로 나눈 모듈로 2π인 위상 변화 φ3의 값을 준다. 제4, 제5, 제6단차 높이(h4, h5, h6)는 제2방사 빔(20'')에 대해 실질적으로 제로인 값을 갖는 2π로 나눈 모듈로 2π인 위상 변화 φ2를 제공한다.
표 2
Figure 112006068138310-PCT00012
도 15는 제3의 NA(38) 내에서 평판 환상 구역(42)에 의해 도입된 비회절 적응 성분, 비주기 위상 성분, 제2비주기 위상 성분, 파면 변경 성분과 결합된 회절 성분으로부터 형성된 제3방사 빔(20''')의 제3의 결과적인 파면 수차(130)를 나타낸다. 제3방사 빔(20''')의 제3의 결과적인 파면 수차(130)는 제2축(100)에 대해서 제1축(98) 상에 플롯된다. 제3방사 빔(20''')의 제3의 결과적인 파면 수차(130)의 제곱 평균 파면 수차는, 대략 15mλ이다.
도 16은 제2의 NA(36) 내에서 비회절 적응 성분, 비주기 위상 성분, 제2비주기 위상 성분과 결합된 회절 성분으로부터 형성된 제2방사 빔(20'')의 제3의 결과적인 파면 수차(133)를 나타낸다. 제2방사 빔(20'')의 제3의 결과적인 파면 수차(132)는 제2축(100)에 대해서 제1축(98) 상에 플롯된다. 제2방사 빔(20'')의 이 제3의 결과적인 파면 수차(130)의 제곱 평균 파면 수차는, 대략 18mλ이다.
도 17은 제1의 NA(34) 내에서 비회절 적응 성분과 비주기 위상 성분과 결합된 회절 성분으로부터 형성된 제1방사 빔(20')의 제3의 결과적인 파면 수차(134)를 나타낸다. 제1방사 빔(20'')의 제3의 결과적인 파면 수차(134)는 제2축(100)에 대해서 제1축(98) 상에 플롯된다. 제1방사 빔(20')의 제3의 결과적인 파면 수차(134)의 제곱 평균 파면 수차는, 대략 13mλ이다.
상기 실시형태는 본 발명의 일례로서 이해된다. 본 발명의 다른 실시형태가 고려된다.
회절 격자, 비주기 위상 구조 및 제2비주기 위상 구조와 결합된 적응 구조를 갖는 호환할 수 있는 판이, 예를 들면 COC 재료를 사용해서 인젝션 몰딩 기술로 형성된다. 대안적으로, 광학 시스템의 호환할 수 있는 판은, 회절 격자, 적응 구조, 비주기 위상 구조 및 제2비주기 위상 구조의 요구 설계가 달성될 수 있는 다른 재 료로 형성될 수 있다. 대안적으로, 호환할 수 있는 판은 Diacryl로부터 형성될 수 있다. 렌즈나 호환할 수 있는 판은 복제 처리를 사용해서 바람직한 재료로 형성될 수 있다. 이 처리에 있어서, 경화 가능한 형태의 바람직한 재료가 유리 표면과 호환할 수 있는 판의 바람직한 형상에 대응하는 형상을 갖는 몰드 사이에 위치된다. 그 다음, 몰드로부터 바람직한 형상이 적용되는 재료는, 예를 들면 자외선 방사를 사용해서 경화된다.
개시된 실시형태에 있어서, 회절 격자는, 호환할 수 있는 판의 부분으로서 적응 구조와 비주기 위상 구조 및 제2비주기 위상 구조와 결합된다. 대안적으로, 적어도 하나의 회절 구조와, 적응 구조, 비주기 위상 구조 및 제2비주기 위상 구조가 렌즈와 결합할 수 있다. 또한, 회절 구조와 적응 구조, 비주기 위상 구조 및 제2비주기 위상 구조 모두는, 광학 시스템이 호환할 수 있는 판을 요구하지 않도록 렌즈와 결합될 수 있다.
이 실시형태에 있어서, 회절 격자는, 제1의 선택된 회절 차수 m1이 +1인 비제로 포지티브 차수이고, 제2의 선택된 회절 차수 m2가 제로 번째 차수이며, 제3의 선택된 회절 차수 m3가 -1인 비제로 네거티브 차수이도록 배열된다. 또한, 회절 격자는, 다른 회절 차수를 선택하면서 식 (4), (5), (6)의 관계가 유지되는 것을 보장하도록 배열될 수 있다. 표 3은 기재된 바람직한 실시형태의 커버층 두께에 대해서 다른 선택된 회절 차수를 갖는 다르게 고려되는 실시형태는 나타낸다.
표 3
Figure 112006068138310-PCT00013
본 발명의 개시된 실시형태에 있어서, 회절 격자는 실질적으로 서로 동일한 모듈로 2π인 위상 변화를 제2방사 빔에 도입하도록 배열된다. 대안적으로, 회절 구조는, 실질적으로 서로 동일한 모듈로 2π인 유사한 위상 변화를 제1 또는 제3방사 빔에 도입하도록 배열될 수 있다.
기재된 실시형태의 다른 방사 빔 각각은, 설정된 파장 및 소정의 NA를 갖는다. 방사 빔은 다른 설정된 파장 또는 다른 NA를 갖도록 사용될 수 있다. 또한, 회절 격자, 적응 구조, 비주기 위상 구조 및/또는 제2비주기 위상 구조는 다른 NA를 가질 수 있다.
기재된 실시형태에 있어서, 광학 주사 장치는 다른 커버층 두께를 갖는 광학 기록 매체를 주사하도록 배열된다. 대안적으로, 광학 주사 장치는 기재된 실시형태의 커버층 두께와 다른 커버층 두께를 가지면서 식 (4), (5) 또는 (6)의 관계를 유지하는 다른 광학 기록 매체 포맷을 주사하도록 배열될 수 있다.
기재된 실시형태에 있어서, 광학 시스템은 제2의 비주기 위상 구조를 구비한다. 또 다른 실시형태에 있어서, 제2의 비주기 위상 구조는, 대안적으로 제2회절 성분을 제2 및 제3파면 변형(WM2, WM3)에 도입하도록 배열된 회절 구조일 수 있다. 기재된 실시형태에 있어서, 광학 시스템은 평판의 환상 구역(42)을 구비한다. 또한, 이 구역은, 적응 구조, 회절 구조 또는 비주기 위상 구조를 포함할 수도 있다.
기재된 실시형태에 있어서, 회절 격자, 적응 구조, 비주기 위상 구조 및 제2비주기 위상 구조의 적어도 하나의 만곡의 단차 높이, 폭 및 만곡률을 포함하는 소정의 디멘존이 주어진다. 또한, 소정의 이들 디멘존은 본 발명의 다른 실시형태에서 다를 수 있다.
소정의 하나의 실시형태와 연관되어 기재된 소정의 형태는, 혼자 사용되거나 기재된 다른 형태와 조합해서 사용될 수 있고, 또한 소정의 다른 실시형태 또는 소정의 다른 실시형태의 소정의 조합의 하나 이상의 형태와 조합되어 사용될 수 있다. 또한, 상기되지 않은 등가물 및 변형이, 수반되는 청구항 내에서 정의된 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 채용될 수도 있다.

Claims (29)

  1. 매체 내의 다른 정보층 깊이에서 정보층을 갖는 광학 기록 매체를 주사하기 위한 광학 주사 장치로서, 광학 기록 매체가,
    제1정보층 깊이 d1에서 정보층(2')을 갖는 제1광학 기록 매체(3')와, 제2정보층 깊이 d2에서 정보층(2'')을 갖는 제2광학 기록 매체(3'')와, 제3정보층 깊이 d3에서 정보층(2''')을 갖는 제3광학 기록 매체(3''')를 포함하고, d3<d2<d1이며,
    주사 장치가, 상기 제1, 제2, 제3기록 매체(3'; 3'',3''') 각각을 주사하기 위한 제1, 제2, 제3방사 빔(4'; 4''; 4''')을 생성하기 위한 방사 소스 시스템(7)을 포함하고, 장치가 제1, 제2, 제3의 다른 파면 변형을 적어도 일부의 제1, 제2, 제3방사 빔 각각에 도입하는 회절 구조(48)를 포함하며,
    회절 구조가, 제1, 제2, 제3방사 빔 각각을 위해 선택된 회절 차수(m1, m2, m3)로 동작하도록 배열되고,
    회절 구조가 이하의 관계,
    Figure 112006068138310-PCT00014
    를 유지하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    회절 구조(48)가 이하의 관계,
    Figure 112006068138310-PCT00015
    를 유지하도록 배열된 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광학 주사 장치가 광학 축 OA를 갖고, 상기 회절 구조(48)가 상기 광학 축에 대해서 동심으로 배열된 복수의 환상의 돌기(50)를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 돌기(50)는 단차의 프로파일을 갖고, 각 돌기는 다른 높이(h1, h2, h3)를 갖는 복수의 단차를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
  5. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 주사 장치는 비회절 적응 성분을 각 방사 빔에 도입하도록 배열된 적응 구조(40)를 구비하고, 상기 적응 성분은 구면 수차를 도입하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적응 구조는 실질적으로 비구면인 면(46)을 제공하는 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 회절 구조(48)는 상기 적응 구조(40)와 결합되는 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
  8. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 주사 장치가 광학 축 OA을 갖고, 비주기 위상 성분을 각 방사 빔에 도입하도록 배열된 비주기 위상 구조를 구비하며, 상기 비주기 위상 구조는 상기 광학 축 OA에 대해서 동심으로 배열되고, 비주기 반경 프로파일(107)을 갖는 복수의 반경 지역(114; 116; 118)을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 비주기 위상 구조는 상기 회절 구조(48)와 결합되는 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
  10. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1방사 빔에 대해 선택된 회절 차수(m1)가 포지티브 차수이고, 제2방사 빔에 대해 선택된 회절 차수(m2)가 제로 번째 차수이며, 제3방사 빔에 대해 선택된 회절 차수(m3)가 네거티브 차수인 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
  11. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 방사 빔이 설정된 파장(λ1; λ2; λ3)을 갖고, 상기 제3방사 빔의 파장이 상기 제2방사 빔의 파장보다 짧고, 상기 제2방사 빔의 파장이 상기 제1방사 빔의 파장보다 짧은 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3방사 빔의 상기 설정된 파장이 각각 대략 785nm, 650nm 및 405nm인 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
  13. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3정보층의 깊이 d1, d2, d3이 대략 1.2mm, 0.6mm, 0.1mm인 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
  14. 제1, 제2, 제3의 다른 파면 변형을 적어도 일부의 제1, 제2, 제3방사 빔(4'; 4''; 4''') 각각에 도입하기 위한 광학 시스템으로서,
    상기 방사 빔 각각은 다른 설정된 파장(λ1; λ2; λ3)을 갖고, 상기 제3방사 빔의 파장이 상기 제1방사 빔 및 상기 제2방사 빔 모두의 파장보다 짧고,
    상기 광학 시스템이, 상기 파면 변형 내에 선택된 회절 성분을 제공하도록 배열된 단차가 변화하는 프로파일을 갖는 회절 구조를 구비하고, 상기 제1파면 변형의 선택된 회절 성분이 비제로 차수의 회절 성분이며,
    i) 회절 구조가, 상기 제3파면 변형의 선택된 회절 성분이 비제로 차수의 회절 성분이도록 배열되고,
    ii) 회절 구조의 프로파일의 단차가 상기 제2방사 빔 위상 변화에 도입되도록 배열되고, 각 위상 변화 모듈로(modulo) 2π가 각각의 다른 위상 변화와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3방사 빔(4'; 4''; 4''') 각각의 포커싱을 위한 렌즈(32)를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 광학 시스템이 광학 축 OA를 갖고, 상기 회절 구조(48)가 상기 광학 축에 대해서 동심으로 배열된 복수의 환상의 돌기(50)를 구비하는 것을 특징으로 광학 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 각 돌기(50)는 단차의 프로파일을 갖고, 각 돌기는 다른 높이(h1, h2, h3)를 갖는 복수의 단차(52; 54; 56)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  18. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 파면 변형은 비회절 적응 성분을 포함하고, 상기 광학 시스템은 상기 적응 성분을 제공하도록 배열된 적응 구조(40)를 구비하며, 상기 적응 성분은 구면 수차를 도입하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 적응 구조(40)는 실질적으로 비구면인 면(46)을 제공하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 회절 구조(48)는 상기 적응 구조(40)와 결합되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  21. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 파면 변형이 비주기 위상 성분을 포함하고, 상기 광학 시스템이 상기 비 주기 위상 성분을 제공하도록 배열된 비주기 위상 구조를 구비하고, 상기 비주기 위상 구조는 상기 광학 축 OA에 대해서 동심으로 배열되고, 비주기 반경 프로파일(107)을 갖는 복수의 반경 지역(114; 116; 118)을 구비하는 것을 특징으로 광학 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 비주기 위상 구조는 상기 회절 구조(48)와 결합되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  23. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1파면 변형의 상기 회절 성분이 포지티브 차수의 회절 성분이고, 상기 제3파면 변형의 상기 회절 성분이 네거티브 차수의 회절 성분인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  24. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2방사 빔의 파장이 상기 제1방사 빔의 파장보다 짧은 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3방사 빔의 상기 설정된 파장이 각각 대략 785nm, 650nm 및 405nm인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  26. 제1, 제2, 제3의 다른 방사 빔(4'; 4''; 4''') 각각으로 제1, 제2, 제3의 다른 광학 기록 매체(3'; 3'',3''')를 주사하기 위한 광학 주사 장치로서,
    각 방사 빔이 다른 설정된 파장(λ1; λ2; λ3)을 갖고, 상기 제3방사 빔의 파장이 상기 제1 및 상기 제2방사 빔 모두의 파장보다 짧고,
    상기 광학 주사 장치가 청구항 제14항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 광학 시스템(8)을 구비하는 것을 특징으로 광학 주사 장치.
  27. 제13항에 있어서,
    광학 시스템이, 상기 제1, 제2, 제3방사 빔(4'; 4''; 4''')을 상기 각각의 제1, 제2, 제3광학 기록 매체(3'; 3''; 3''') 상의 바람직한 포컬 포인트에 포커스하도록 배열된 것을 특징으로 광학 주사 장치.
  28. 제26항 또는 제27항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3광학 기록 매체(3'; 3''; 3''') 각각이, 대략 1.2mm, 0.6mm, 0.1mm인 제1, 제2, 제3정보층 깊이 d1, d2, d3을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
  29. 제1, 제2, 제3의 다른 파면 변형을 적어도 일부의 제1, 제2, 제3방사 빔(4'; 4''; 4''') 각각에 도입하기 위한 광학 시스템으로서,
    상기 방사 빔 각각은 다른 설정된 파장(λ1; λ2; λ3)을 갖고, 상기 제3방사 빔의 파장이 상기 제1방사 빔 및 제2방사 빔 모두의 파장보다 짧고,
    상기 광학 시스템이, 상기 파면 변형 내에 선택된 회절 성분을 제공하도록 배열된 단차가 변화하는 프로파일을 갖는 회절 구조를 구비하고, 상기 제1파면 변형의 선택된 회절 성분이 비제로 차수의 회절 성분이며,
    i) 회절 구조가, 상기 제3파면 변형의 선택된 회절 성분이 비제로 차수의 회절 성분이도록 배열되고,
    ii) 회절 구조의 프로파일의 단차가, 상기 제2파면 변형의 선택된 회절 성분 이 제로 차수의 다른 성분이도록 배열되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
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