KR20070092283A - 광 주사 장치 - Google Patents

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KR20070092283A
KR20070092283A KR1020077016376A KR20077016376A KR20070092283A KR 20070092283 A KR20070092283 A KR 20070092283A KR 1020077016376 A KR1020077016376 A KR 1020077016376A KR 20077016376 A KR20077016376 A KR 20077016376A KR 20070092283 A KR20070092283 A KR 20070092283A
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KR1020077016376A
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테우니스 더블유. 투케르
요리스 제이. 프레헨
베르나르두스 에이치. 더블유. 헨드릭스
스테인 쿠이페
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 상이한 두께의 보호층을 가진 광 기록 매체(2)를 주사하는 광 주사 장치(1)에 관한 것이다. 상기 주사 장치는 제1 광 기록 매체를 주사하는 제1 모드, 제2 광 기록 매체를 주사하는 제2 모드, 및 제3 광 기록 매체를 주사하는 제3 모드를 갖는다. 상기 장치는, 제1 이산 상태 및 이와 상이한 제2 이산 상태를 갖는 스위칭가능한 광학 소자(8)와 대물 렌즈 시스템(10)을 포함한다. 상기 소자는: 제1 유체(18) 및 이와 상이한 제2 유체(19)를 포함하는 유체 시스템; 파면 변경 소자(17); 및, 상기 소자의 제1 이산 상태와 제2 이산 상태 사이에서 스위칭하도록 상기 유체 시스템에 작용하는 유체 시스템 스위치를 포함한다. 소자가 제1 이산 상태에 있으면, 파면 변경 소자(17)는 사실상 제1 유체(18)에 의해 보호되고, 소자가 제2 이산 상태에 있으면, 파면 변경 소자(17)가 사실상 제2 유체(19)에 의해 보호된다. 파면 변경 소자는, 계단에 의해 분리되며 비주기적 방사 패턴을 형성하는 복수의 계단모양의 환향 구역을 포함하는 비주기적 위상 구조를 포함하며, 상기 파면 변경 소자는 비구면 표면을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 주사 장치는 제2 모드에 있을 때 제2 상태의 소자(8)를 사용하여 구면 수차를 발생시키게 동작하도록 배열되며, 제2 상태의 소자(8)의 비구면 표면은, 결합해있는 제2 기록 매체와 대물 렌즈 시스템(10)으로 인한 구면 수차의 절반 이상을 보상한다.
광 기록 매체, 대물 렌즈, 구면 수차, 유체 시스템

Description

광 주사 장치{OPTICAL SCANNING DEVICE}
본 발명은 광 주사 장치에 관한 것으로서, 특히 상이한 유형의 광 기록 매체의 정보층을 주사하는 스위칭가능한 광학 소자를 포함하는 광 주사 장치에 관한 것이지만, 오로지 상기 장치에 관한 것은 아니다.
데이터는 콤팩트 디스크(compact discs:CDs), 통상적인 디지털 다기능 디스크(digital versatile discs:DVDs), 및 소위 Blu-RayTM 디스크(BDs)와 같은 광 기록 매체의 정보층의 형태로 저장될 수 있다.
최근, 종래의 DVDs로부터 데이터를 판독하거나 기록하는데 사용되는 레드 레이저 다이오드보다 훨씬 더 짧은 파장에서 방사선을 방출하는 블루 레이저 다이오드가 등장한 후 Blu-RayTM 디스크가 제안되어 왔다. 블루 레이저 다이오드의 파장이 더 보편적으로 사용되는 레드 레이저 다이오드의 파장보다 더 짧으므로, 블루 레이저 다이오드가 디스크상에 더 작은 스폿을 형성함에 따라, Blu-RayTM 디스크의 정보층 트랙이 종래의 DVDs의 트랙보다 더 조밀한 간격으로 형성될 수 있으며, 이 는, Blu-RayTM 디스크가 종래의 DVDs보다 더 큰 저장 용량을 가질 수 있다는 것을 의미한다 - 보편적으로, 저장 용량에 있어서 적어도 두 배의 증가가 얻어질 수 있다.
고객이 특정 유형의 광 기록 매체로부터 데이터를 판독하거나 상기 광 기록 매체에 데이터를 기록하기 위해 각종 상이한 장치를 구매해야하는 것을 피하기 위해서는, 단일 광 주사 장치가 상이한 포맷의 다수의 광 기록 매체로부터 데이터를 재생할 수 있는 것이 바람직하다.
그러나, 상기 목적은, 상이한 기록 매체 포맷 및 관련 주사 장치가 각기 다른 특성을 가지므로 달성되기 쉽지 않다. 예컨대, CDs는 특히, CD-A(CD-오디오), CD-ROM(CD-판독 전용 메모리), 및 CD-R(CD-기록가능형)로 이용될 수 있으며, 약 785nm의 레이저 파장 및 0.45의 개구수(numerical aperture:NA)를 이용하여 주사되도록 설계된다. 반면, DVDs는 650nm 영역의 레이저 파장에서 주사되도록 설계되며, Blu-RayTM 디스크는 405nm 영역의 레이저 파장에서 주사되도록 설계된다. DVDs를 판독하기 위해서는, 일반적으로 0.6의 NA가 사용되는 반면, DVDs를 기록하기 위해서는 일반적으로 0.65의 NA가 필요하다.
복잡한 점은, 소정의 파장에서 판독되도록 설계된 디스크가 항상 다른 파장에서도 판독될 수 있는 것은 아니라는 것이다. 일례로서, 소정의 염료가 기록 스택에 도포되어 785nm 파장에서 높은 신호 변조를 얻는 CD-R이 있다. 650nm 파장에서, 디스크로부터의 신호의 변조는 염료의 파장 민감성으로 인해 너무 작아, 이 파 장에서의 판독이 실행될 수 없다.
더 높은 데이터 용량을 가진 새로운 기록 매체 시스템을 소개함에 있어서, 판독하고 기록하는 새로운 장치가 거꾸로 기존의 기록 매체와 호환될 수 있어 업계에서 높은 허용 레벨을 얻는 것이 중요하다. 따라서, DVD 시스템은 기존의 모든 CD 유형을 판독할 수 있도록 785nm 레이저와 650nm 레이저를 포함해야 한다. 이와 유사하게, 모든 CD, DVD, 및 Blu-RayTM 디스크를 판독할 수 있는 시스템은 785nm 레이저, 650nm 레이저, 및 405nm 레이저를 포함해야 한다.
상이한 유형의 기록 매체는 또한, 보편적으로 디스크의 데이터 보유층에 대한 보호층의 역할을 하는 투명 기판의 두께가 서로 상이하며, 그 결과 기록 매체의 입구면에서부터의 데이터 층의 깊이가 기록 매체 유형마다 상이하다. 예컨대, DVDs에 대한 데이터 층 깊이는 약 0.6nm인 반면, CDs에 대한 데이터 층 깊이는 약 1.2nm이다. 보호층을 가로지르는 방사 빔에 의해 발생되는 구면 수차는 일반적으로 광 주사 장치의 대물 렌즈에서 보상된다.
상이한 유형의 기록 매체에 대한 상기와 같은 각기 다른 특성의 결과로서, 예컨대 다른 상이한 유형의 기록 매체에 대해 최적화된 광 주사 장치를 이용하여 기록 매체로부터 데이터를 판독하고자 시도하는 경우 문제가 나타날 수 있다. 예컨대, 한 가지 유형의 전송 매체가 다른 매체에 최적화된 대물 렌즈를 이용하여 판독될 경우, 많은 양의 구면 수차 및 무시할 수 없는 양의 구면색수차(spherochromatism)가 야기될 수 있다. 각 파장마다 하나씩 세 개의 대물 렌즈 가 장치에 제공될 수 있다. 그러나, 이러한 해결방안은 비교적 비용이 많이 든다.
따라서, 상이한 파장의 레이저 방사를 사용하는 각종 상이한 광 전송 매체를 주사하는 단일 광 대물 렌즈를 가진 장치를 제공하는 것이 매우 바람직하다.
국제 특허 출원 WO 02/082437에는, 세 개의 상이한 유형의 기록 매체로부터 데이터를 판독하기 위해 광 주사 장치내에서 사용하기 위한 상기와 같은 대물 렌즈가 기재되어 있다. 렌즈는 방사 빔의 경로에 배열되는 위상 구조를 갖는다. 상기 위상 구조는, 프로파일면에서 볼때 일련의 계단으로 배열되는 상이한 높이의 다수의 위상 요소를 포함한다. 상이한 높이의 위상 요소는, 특정 유형의 기록 매체를 판독하는데 특정 파장의 방사 빔의 바람직한 파면 변경을 생성하도록 서로 관련되어 배열된다.
그 결과, 모든 디스크를 판독하는데 단일 대물 렌즈를 사용하면, 보호층 두께에 있어서의 차이에 대처하기 위해 각 디스크 유형마다 상이한 양의 구면 수차가 대물 렌즈에 의해 생성되어야 한다. DVD/CD 호환가능한 렌즈에 사용되는 것과 같은 두 개 파장의 대물 렌즈의 경우, 한 모드에 대해 설계된 렌즈상의 상이한 회절 구조 또는 비주기적 위상 구조(non-periodic phase structure:NPS)가 다른 모드에서의 구면 수차를 정정하는데 사용될 수 있다. CD/DVD/BD 시스템에서 사용되는 것과 같이 세 개 파장의 시스템의 경우, 제3 모드가 영향을 받지 않게 하면서, 상기 구조가 두 가지 모드에 있어서의 상이한 양의 구면 수차를 보상해야 하므로, 상기 NPS 또는 회절 구조에 대해 요구되는 것이 매우 엄격하다.
유체 시스템이 사용되어 가변 특성을 가진 광학 소자를 제공하는 다양한 시 스템이 제안되어 왔다.
US 특허 제 5,973,852호에는 유체가 채워진 가변 전력 광학 렌즈가 기재되어 있다. 상기 렌즈는, 유체를 포함하는 챔버의 한 단부 위에 배치되는 광학적으로 투명한 탄력막을 가진 하우징을 포함한다. 펌프 어셈블리가 챔버로부터 유체를 인출하거나 삽입하는데 사용됨으로써, 그에 상응하여 막이 볼록 렌즈 또는 오목 렌즈 형상으로 선택적으로 외부 또는 내부로 불룩해진다.
국제 특허 출원 WO 00/58763에는, 두 개의 상이한 유체 보디 사이의 유체 메니스커스(fluid meniscus)의 곡률이 변경될 수 있게 하는 전기습윤(electrowetting) 기반 시스템이 기재되어 있다.
US 특허 6,288,846에는, 유체 시스템이 두 개의 상이한 이산 상태 사이에서 스위칭되어 각기 다른 파면 변경을 제공할 수 있는 시스템이 기재되어 있다. 시스템이 상기 상태 중 하나에 있을 때, 방사 빔이 변경되지 않도록, 약 0의 굴절률 차이가 유체와 파면 변경 소자(wavefront modifier) 사이에 설정된다. 시스템의 다른 상태에서, 상기 굴절률 차이는 방사 빔의 경로가 변경되도록 하는데 충분한 값이 된다. 유체-조작 시스템이 유체 시스템을 스위칭하는데 사용된다. 유체 조작 시스템의 예에는, 수동 또는 자동화된 피하 주사기(hypodermic syringe), 튜브연동식 펌프(peristaltic pump), 압축성 관구(compressible bulb), 및 압전, 유압, 또는 공압 액추에이터가 포함된다.
US 특허 6,408,112에는, 구성요소 내의 공동 및 채널에 수용되는 유체 시스템을 포함하는 광 스위치가 기재되어 있다. 공동에 배열되는 압전 액추에이터는 액체가 채널 내에서 변위되도록 한다. 일 실시예에 있어서, 액체는 프레넬 렌즈(Fresnel lens) 형태의 교체 구조를 포함하는 파면 변경 소자의 면을 통과한다. 일 실시예에서, 유체 시스템의 두 가지 유체 구성요소 중 한 가지는, 액체가 교체 구조 위의 장소로 이동할 때 압축되는 기체이다. 그러나, 상기 구성요소는, 기체가 압전 펌프를 포함하는 시스템 부분에 놓이는 것이 방지되도록 똑바른 회전이 유지될 필요가 있다. 또한, 두 개의 적합한 액체가 사용될 수 있다는 것이 기재되어 있다. 그러나, 한 가지 결점은, 특히 교체 구조가 사용될 때 스위칭 과정의 신뢰도 문제인데, 이 경우 유체 흐름은 완전히 원활하지 않다. 스위칭하는 동안 원활한 유체 흐름을 필요로하는 것은 또한 스위칭 속도를 제한한다.
국제 특허 출원 WO 04/027490에는, 회절 제한 바로 아래의 파면 수차를 감소시킬 수 있는 이원 스위칭가능한 전기습윤 셀내의 비주기적 구조(NPS)가 기재되어 있다.
본 발명에 따르면, 상이한 두께의 보호층을 가진 광 기록 매체를 주사하는 광 주사 장치가 제공되고, 상기 주사 장치는 제1 광 기록 매체를 주사하는 제1 모드, 제2 광 기록 매체를 주사하는 제2 모드, 및 제3 광 기록 매체를 주사하는 제3 모드를 가지며, 상기 장치는, 제1 이산 상태 및 이와 상이한 제2 이산 상태를 갖는 스위칭가능한 광학 소자와 대물 렌즈 시스템을 포함하며, 상기 소자는:
a) 제1 유체 및 이와 상이한 제2 유체를 포함하는 유체 시스템;
b) 파면 변경 소자; 및
c) 소자의 제1 이산 상태와 제2 이산 상태 사이에 스위칭하도록 유체 시스템에 작용하는 유체 시스템 스위치를 포함하는데,
상기 소자가 제1 이산 상태에 있으면, 파면 변경 소자는 실질적으로 제1 유체에 의해 보호되고,
상기 소자가 제2 이산 상태에 있으면, 파면 변경 소자는 실질적으로 제2 유체에 의해 보호되며,
상기 파면 변경 소자는 복수의 계단모양의 환형 구역(stepped annular zone)을 포함하는 위상 구조를 포함하는데,
상기 파면 변경 소자는 비구면 표면을 더 포함하고, 상기 주사 장치는, 상기 제2 모드에 있을 때 상기 제2 상태의 상기 소자를 사용하여 구면 수차를 생성하게 동작하도록 배열되며, 제2 상태에서의 소자의 비구면 표면은, 결합되어 있는 대물 렌즈 시스템과 제2 기록 매체로 인한 구면 수차의 절반 이상을 보상하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 광 기록 매체의 세 개의 상이한 포맷을 주사하는 단일 대물 렌즈 시스템을 가진 종래의 장치에 비해 개선된 파면 수차 보상 특성을 가진 광 주사 장치를 제공한다.
본 발명의 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조로, 단지 예로서 제공되는 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 명백해진다.
도 1은 방사원과 대물 렌즈 사이에 배치되는 수정 소자(corrector element)를 포함하는 광 주사 장치의 대물 렌즈 시스템의 개요도로서, 상기 위상 수정 소자는 두 개의 플레이트 사이에 공동을 포함하고, 상기 공동은 상호교환가능한 유체를 포함하도록 이루어지는, 상기 대물 렌즈 시스템의 개요도.
도 2는, 광 주사 장치가 BD 판독/기록(또는 제1) 모드에 있을 때 도 1의 수정 소자를 지나는 단면의 개요도.
도 3은, 광 주사 장치가 DVD 판독/기록(또는 제2) 모드에 있을 때 도 1의 수정 소자를 지나는 단면의 개요도.
도 4는, 광 주사 장치가 CD 판독/기록(또는 제3) 모드에 있을 때 도 1의 수정 소자를 지나는 단면의 개요도.
도 5는, 광 주사 장치가 BD 판독/기록 모드에 있을 때 도 1의 BD, DVD, 및 CD 대물 렌즈 시스템에 대한 광 경로차를 나타내는 일련의 그래프.
도 6은, 광 주사 장치가 DVD 판독/기록 모드에 있을 때 도 1의 BD, DVD, 및 CD 대물 렌즈 시스템에 대한 광 경로차를 나타내는 일련의 그래프.
도 7은, 광 주사 장치가 CD 판독/기록 모드에 있을 때 도 1의 BD, DVD, 및 CD 대물 렌즈 시스템에 대한 광 경로차를 나타내는 일련의 그래프.
도 8은, 도 1의 수정 소자의 파면 변경 소자에 대해 방사 빔의 DVD 동공(pupil) 내에서의 표면 새그(sag)를 나타내는 그래프.
도 1은 상이한 깊이의 보호층을 가진 광 기록 매체를 주사하는 장치(1)의 일부를 도시한다. 주사 장치는 제1 광 기록 매체를 주사하는 제1 모드, 제2 광 기록 매체를 주사하는 제2 모드, 및 제3 광 기록 매체를 주사하는 제3 모드를 갖는다. 제1, 제2, 및 제3 광 기록 매체는 각각 BD, DVD, 및 CD 포맷과 같이 상이한 포맷으로 이루어진다. 제1, 제2, 및 제3 광 기록 매체 각각은 상이한 두께의 보호층을 갖는다. 도 1은 제1 광 기록 매체(2)를 도시하지만, 이와 유사한 설명이 제2 및 제3 광 기록 매체와 관련하여 적용되게 된다는 것을 알아야한다. 기록 매체는 투명한 보호층(5)을 포함하며, 보호층(5)의 한 측에는 정보층(4)이 배열된다. 보호층(5)에서 떨어져있는 정보층(4)의 측면은 보호층(도시되지 않음)에 의해 환경적인 영향으로부터 보호된다. 장치와 마주하는 보호층(5)의 측면을 입구면(6)이라 한다. 정보는, 실질적으로 평행한 동심 또는 나선형 트랙(도면에 도시되지 않음)에 배열되는 광학적으로 검출가능한 마크의 형태로 기록 매체의 정보층(4)에 저장될 수 있다. 마크는 광학적으로 판독가능한 형태, 예컨대 주변과 상이한 자화 방향 또는 반사 계수를 가진 영역 또는 피트의 형태, 또는 이들 형태의 임의의 조합으로 이루어질 수 있다. 주사 장치(1)는 또한 방사빔(도시하지 않음)을 방출하는 방사원을 포함한다. 제1, 제2, 및 제3 모드 각각에서 각기 다른 파장이 사용되는 것이 적절하므로, 다수의 방사원이 사용될 수도 있다. 예컨대, 405nm의 방사가 BD 시스템에서 사용되고, 650nm 파장의 방사가 DVD 시스템에서 사용되며, 785nm 파장의 방사가 CD 시스템에 사용된다.
방사빔은 광 기록 매체(2)의 정보층(4)을 주사하는데 사용된다. 발산하는 방사 빔을 반사하는 빔 스플리터와 발산하는 빔을 평행 빔(7)으로 변환하는 시준 렌즈(collimator lens)를 포함할 수 있는 일련의 광학 소자가 방사원과 기록 매체(2) 사이에 배치된다. 평행 빔(7)은, 평행 빔(7)의 파면을 변경하는 스위칭가능한 광 수정 소자(8)에 입사된다. 광학 소자(8)로부터 나오는 변경된 빔(9)은 대물 렌즈(10)에 입사된다.
이 실시예에서, 대물 시스템은 단일 대물 렌즈이다. 그러나, 대물 시스템은 하나 이상의 렌즈 및/또는 격자를 포함할 수도 있다. 대물 렌즈(10)는 변경된 빔(9)을, 기록 매체(2)의 입구면(6)에 입사되는 수렴 빔(11)으로 변경한다. 수렴 빔(11)이 정보층(4)에 스폿을 형성한다. 정보층에 의해 반사된 방사선은 대물 렌즈(10)에 의해 실질적으로 평행 빔으로 변형된 후, 수렴 빔의 적어도 일부를 검출 시스템(도시되지 않음) 방향으로 전달하는 발산 빔을 형성한다.
검출 시스템은 방사선을 획득하여, 이것을 전기적인 출력 신호로 변환한다. 신호 처리기가 상기 출력 신호를 다양한 다른 신호로 변환한다. 상기 신호 중 한 가지가 정보 신호이며, 이것의 값이 정보층(4)으로부터 판독된 정보를 표현한다.
광 수정 소자(8)는 공동(15)을 포함하며, WO 04/027490에 기재되어 있는 바와 같이 이 공동 내부로 제1 유체와 제2 유체가 바람직하게는 전기습윤에 의해 상호교환가능하게 스위칭될 수 있다. 공동(15)은 성형 내부면을 포함한다. 수정 소자(8)의 성형 내부면은 일반적으로, 비구면 표면의 위에 놓이는 비주기적 위상 구조(NPS)를 포함하는 파면 변경 소자로서 설명될 수 있다. NPS는 계단에 의해 분 리되는 복수의 계단모양의 환형 구역을 포함하며, 상기 구역은 비주기적 방사 패턴을 형성한다. 이 형상은 NPS(20)에 의해 디아크릴 층(diacryl layer)(17)에 형성된다. 대물 렌즈(10)는, 제1 모드의 제1 광 기록 매체(2)의 정보층(4)과 결합하여 실질적으로 제로의 구면 수차를 제공하는 반면, 제2 모드의 제2 광 기록 매체의 정보층과 결합하여 구면 수차를 발생시키고, 제3 모드의 제3 광 기록 매체의 정보층과 결합하여 또한 구면 수차를 발생시키도록 설계된다.
스위칭가능한 광 수정 소자(8)는 제1 모드에서 실질적으로 어떠한 영향도 미치지않도록 설계된다. 즉, 수정 소자(8)는, 제1 유체가 수정 소자(8)의 챔버 내에 존재하는 제1 모드에서 실질적으로 제로의 구면 수차를 발생시킨다. 제1 유체의 굴절률은 실질적으로 파면 변경 소자의 층(17)의 굴절률과 일치한다. 반면, 제2 유체의 굴절률은 파면 변경 소자의 굴절률과 매우 상이하다. 이것은, 제2 유체가 수정 소자(8) 내에 존재하는 제2 및 제3 모드에서 바람직한 양의 구면 수차를 발생시킨다. 수정 소자(8)의 내부면은, 제2 모드에서 수정 소자(8)의 비구면 표면에 의해 발생되는 구면 수차의 양이 결합되어 있는 제2 기록 매체와 대물 렌즈(10)로 인해 발생하는 구면 수차의 절반 이상을 보상하도록 설계된다.
내부면을 설명하는 비구면 계수(B)는 다음 식을 따른다:
｜B｜> 0.5B0
여기서:
Figure 112007051852024-PCT00001
인데,
Δd는 제1 광 기록 매체와 제2 광 기록 매체 사이의 보호층 두께차이고,
nd는 제2 기록 매체의 굴절률이고,
n1은 제2 유체의 굴절률이고,
np는 파면 변경 소자 층(17)의 물질의 굴절률이며,
F는 대물 렌즈의 초점 길이이다.
Δd의 보호층 두께 변화로 인한 가장 낮은 차수의 구면 수차의 양은 다음과 같이 주어진다:
Figure 112007051852024-PCT00002
여기서,
Δd는 제1 광 기록 매체와 제2 광 기록 매체 사이의 보호층 두께차이고,
nd는 제2 기록 매체의 굴절률이며,
NA는 제2 모드에서의 대물 렌즈 시스템의 개구수이다.
이원 스위치의 공동 내부의 비구면 표면은 다음과 같은 표면 새그에 의해 설 명된다:
z(r) = Ar2 + Br4 + Cr6 + ....
여기서, r은 지름 좌표이고, 다음과 같은 방사 빔으로의 위상 변화(Λ(r))를 야기한다:
Figure 112007051852024-PCT00003
여기서,
nl은 제2 유체의 굴절률이고,
np는 파면 변경 소자 물질의 굴절률이며,
λ는 제2 모드에서의 방사 빔의 파장이다.
그 결과, 광 기록 매체의 정보층에 생성된 구면 수차의 양은 대략 다음과 같이 주어진다:
Wsurf = B(np - nl)F4NA4
여기서, F는 대물 렌즈의 초점 길이이다.
전기습윤 스위치의 비구면 표면이 실질적으로 보호층 두께(Δd)를 보상하게 하기 위해서는, 값(B)이 다음 식을 따른다:
Figure 112007051852024-PCT00004
여기서,
Figure 112007051852024-PCT00005
이다.
본 발명에 따르면, 스위치 내부의 비구면 표면은 다음 식을 따른다:
｜B｜> 0.5B0
여기서,
Figure 112007051852024-PCT00006
인데,
Δd는 제1 모드와 제2 모드 사이의 보호층 두께차이고,
nd는 제2 기록 매체의 굴절률이고,
n1은 제2 유체의 굴절률이고,
np는 파면 변경 소자의 물질의 굴절률이며,
F는 대물 렌즈의 초점 길이이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수정 소자(8)는 도 2 내지 4에 더 상세히 도시되어 있다. 수정 소자(8)는 두 개의 유리판(16a 및 16b) 사이에 공동(15)을 포함한다. 유리판(16b)에는, 디아크릴 층(17)이 놓인다. 디아크릴 층(17)과 유리 판(16a) 사이의 공동은 상호교환될 수 있게 소금물(18) 또는 기름(19)으로 채워질 수 있다. 405nm의 방사선이 사용되면, 즉 광 주사 시스템이 BD 모드에 있으면, 기름은 디아크릴 층(17)의 굴절귤과 동일한 1.56의 굴절률을 갖는다. 그러나, 상기 파장의 방사선이 사용될 때, 소금물은 1.37의 굴절률을 갖는다. BD 모드에서, 공동(15)은 기름(19)으로 채워지며, 그 결과 디아크릴 층(17)과 기름(19) 사이의 표면은 부합하는 굴절률로 인해 보이지않는다. 따라서, 수정 소자(8)는 방사 빔의 파면에 어떠한 영향도 미치지 않으며, BD 대물 렌즈를 이용하여; BD가 기록되고 판독될 수 있다.
도 5, 6, 및 7의 그래프는 한 세트의 축에 플로팅되는데, 여기서 수평축은 방사 빔의 지름 단면의 x축(도면에 Px로 도시되어 있음) 또는 수직의 y축(도면에 Py로 도시되어 있음) 중 어느 한 축에 대해 방사 빔의 CD 동공에 대한 정규 동공 좌표를 나타낸다. 정규 좌표는 수평축과 수직축 사이의 교차부에서 0의 최소값을 가지며, 축의 각 단부에서 1의 최대값을 갖는다. 도면에 W로 나타나있는 수직축은 파장 단위(λ)에서 방사 빔의 광 경로차를 나타낸다.
도 5는 BD 모드에서 광 주사 시스템에 대한 파면 수차를 도시하는데, 즉 BD, DVD, 및 CD 판독에 사용하기에 적합한 광선이 BD 모드의 수정 소자에 사용된다. BD, DVD, 및 CD 모드에서, 총 RMS 파면 수차는 각각 0mλ, 505mλ, 및 375mλ이다. 주요 수차는 기본적인 구면 수차이다. 광 주사 장치가 DVD 또는 CD 모드에서 사용되면, 공동(15)은 소금물(18)로 채워진다. 디아크릴 층(17)과 소금물(18) 사이의 표면의 비구면 형상은, DVD 모드에서 660nm의 파장을 가진 방사선이 상당한 양의 수차없이 DVD의 정보층(4)에 초점이 맞춰지게 되도록 이루어진다. 또한, 디아크릴 층(17)에는, CD 모드에서 CD가 785nm 방사선을 이용하여 판독될 때 구면 수차를 수정하는 비주기적 구조(NPS)(20)가 존재한다. 광 주사 장치가 DVD 모드에서 사용되면, 즉 기록 매체가 DVD이면, 수정 소자는 소금물(18)로 채워지며, 그 굴절률은 디아크릴 층(17)의 굴절률과 상이하다. 디아크릴 층(17)의 표면은, NA=0.65 동공내에 575nm의 구면 수차를 나타나게하는 형상을 갖는다. 이 결과, DVD에 대한 총 RMS 파면 수차는 0mλ이다. 또한, CD 모드에서의 파면 수차의 크기는 도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이 감소된다.
디아크릴 층(17)의 구부러진 비구면 표면의 상부에는, 광 주사 장치가 CD 모드에 있을 때, 즉 방사 빔이 CD 판독/기록 모드에 적합한 파장으로 이루어질 때, 파면 수차를 감소시키도록 NPS(20)가 삽입된다. NPS 계단은 DVD 판독에 적합한 방사선에 보이지않지만, CD 판독에 적합한 방사선에는 소정의 위상을 삽입한다. 이러한 상이한 위상은 CD 모드에서 OPD를 감소시키는데 사용될 수 있다. 도 7에는, 광 주사 장치가 CD 판독/기록 모드에 있을 때, 세 개의 주사 모드(BD/DVD/CD)의 경우 대물 렌즈(10)에 대한 광 경로차가 도시되어 있는데, 즉 BD, DVD, 및 CD 판독에 사용하기에 적합한 방사선이 CD 모드의 수정 소자에 사용된다. 알 수 있는 바와 같이, 총 RMS 파면 수차는 각각 0mλ, 1mλ, 및 3mλ이며, 이것은 70mλ의 회전 한도하에서 적당하다.
도 8은 DVD 동공 내에서 기본적인 비구면 표면 형상 NPS(20)를 갖는 디아크릴 층(17)의 표면 새그를 도시한다. DVD 동공에 상응하는 중심부의 외부에서, DVD 동공 외부의 광선이 기록 매체(2)의 정보층(4)상의 DVD 방사선 스폿의 품질을 저하시키지 않는다면, 표면 형상이 자유롭게 설계될 수도 있다는 것을 알아야 한다.
상기 설명한 바와 같은 모드 및 시스템의 경우, 다음과 같은 파라미터가 사용된다:
F = 2.47mm
B = 0.00317mm-3
nl = 1.37
np = 1.56
nd = 1.57
Δd = 0.5mm
따라서, 상기 제시된 식으로부터 B0=0.00335mm-3이므로, B > 0.5B0라는 것을 알 수 있다. 상기 설명된 바와 같은 세 가지 모드의 시스템에 있어서, 수정 소자의 내부면을 설명하는 구면 계수(B)가 B > 0.5B0를 따른다면, 결과적으로, 대물 렌즈 시스템과 세 개의 파장의 결합으로 인해 발생하는 상이한 양의 구면 수차를 수정할 수 있는 대물 렌즈 시스템이 나타나게 된다.
상기 실시예는 본 발명의 예로 이해되어야 한다. 본 발명의 또 다른 실시예가 고려된다.
상기 실시예에 있어서, 스위칭가능한 광 수정 소자는, 비구면 표면 형상을 따르는 베이스 표면에 NPS 구조 형태로 제공되며, NPS 구조는 베이스 프로파일로서 렌즈 표면 형상을 고려한 높이 변화로서 형성된다. 선택적으로, 본 발명에 따른 파면은 두 개의 분리된 소자, 예컨대 평평한 베이스 플레이트상의 한 개의 NPS 소자와 별도의 비구면 표면 소자의 형태로 제공될 수도 있다. 상기 두 소자는, 스위칭가능한 광 수정 소자의 공동의 양측을 형성하여, 상기 설명된 바와 같은 비구면 표면의 상부에 형성된 NPS 구조와 유사한 결합 효과를 가질 수도 있다.
수정 소자(8) 내의 유체가 기름 및 소금물일 필요없이, 적절한 굴절률을 가진 임의의 적합한 유체가 사용될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 상기 상세한 설명에서, 제1 유체는 전기적으로 절연성이며, 제2 유체는 전기적으로 전도성이다. 선택적으로, 제1 유체는 전기적으로 전도성이지만, 제2 유체보다 덜 전도성일 수도 있다. 또한, 층(17)은 디아크릴로 형성될 필요없이, 예컨대 헥산디올 디아크릴레이트(HDDA)와 같은 임의의 다른 적합한 물질이 사용될 수도 있다. 또한, 본 발명이 BD/DVD/CD 시스템에 사용되는 것으로 제한되지 않고, 판독을 위해 세 개의 개별적인 방사 파장을 필요로하는 임의의 광 주사 장치가 예상될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
상기 설명한 바와 같이, 공동은, 소자가 제1 또는 제2 상태에 있을 때 각각 제1 또는 제2 유체로 채워진다. 선택적으로, 공동은, 소자가 어떤 상태에 있든지 제1 유체 및 제2 유체 두 가지 모두로 채워질 수도 있다. 이 경우, 유체는 유체 메니스커스에 의해 분리되며, 상태의 스위칭은, 공동의 벽이 제1 유체에 의해 보호되는지 또는 제2 유체에 의해 보호되는지를 결정한다. 상기 상세한 설명에서, 공 동(15)에서 소금물(18)을 기름(19)으로 스위칭하는 방법은 상세히 설명되어 있지 않다. 전기습윤력을 사용하여 상기 목적을 달성하는 방법이 WO 04/027490 으로부터 공지되어 있으며, 그 내용은 본원에서 참고로 포함되어 있다. 선택적으로, 유체를 스위칭하는데 상기와 다른 힘이 사용될 수도 있다.
상기 실시예에 있어서, 사용된 위상 구조는 NPS 형태로 존재한다. 선택적인 실시예에서는, 복수의 계단모양의 환형 구역을 포함하는 회절 격자 구조가 위상 구조로 사용되어, 상기 설명된 NPS의 효과와 유사한 파장-의존 파면 변경을 제공한다. 또 다른 실시예에서는, NPS와 회절 격자 구조가 결합된 구조가 사용될 수 있다.
임의의 한 실시예와 관련하여 설명된 임의의 특징은 단독으로 또는 상기 설명된 다른 특징과 결합하여 사용될 수 있으며, 또한 임의의 다른 실시예의 하나 이상의 특징 또는 임의의 다른 실시예의 임의의 결합과 결합하여 사용될 수도 있다. 또한, 첨부된 특허청구범위에 정의되어 있는 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고, 상기 설명되지 않은 상응하는 것 및 변경이 이용될 수도 있다.

Claims (12)

  1. 상이한 두께의 보호층을 가진 광 기록 매체(2)를 주사하는 광 주사 장치(1)로서, 제1 광 기록 매체를 주사하는 제1 모드, 제2 광 기록 매체를 주사하는 제2 모드, 및 제3 광 기록 매체를 주사하는 제3 모드를 가지며, 제1 이산 상태 및 이와 상이한 제2 이산 상태를 갖는 스위칭가능한 광학 소자(8)와 대물 렌즈 시스템(10)을 포함하고, 상기 소자는:
    제1 유체(18) 및 이와 상이한 제2 유체(19)를 포함하는 유체 시스템,
    파면 변경 소자(17), 및
    소자의 제1 이산 상태와 제2 이산 상태 사이에 스위칭하도록 유체 시스템에 작용하는 유체 시스템 스위치를 포함하는데,
    상기 소자가 제1 이산 상태에 있으면, 파면 변경 소자(17)가 실질적으로 제1 유체(18)에 의해 보호되고,
    상기 소자가 제2 이산 상태에 있으면, 파면 변경 소자(17)가 실질적으로 제2 유체(19)에 의해 보호되며,
    상기 파면 변경 소자는 복수의 계단모양의 환형 구역을 포함하는 위상 구조를 포함하도록 이루어지는 상기 광 주사 장치에 있어서,
    상기 파면 변경 소자가 비구면 표면을 더 포함하며, 상기 주사 장치는, 상기 제2 모드에 있을 때 상기 제2 상태의 상기 소자(8)를 사용하여 구면 수차를 생성하게 동작하도록 배열되며, 제2 상태에서의 소자(8)의 비구면 표면은 결합되어 있는 제2 기록 매체와 대물 렌즈 시스템(10)으로 인한 구면 수차의 절반 이상을 보상하는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주사 장치는, 상기 제1 모드에 있을 때 상기 제1 상태의 상기 소자(8)를 사용하여 동작하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 비구면 표면은 비구면 계수(B)를 가지며, 여기서 ｜B｜> 0.5B0 이고,
    Figure 112007051852024-PCT00007
    인데,
    Δd는 제1 광 기록 매체와 제2 광 기록 매체 사이의 보호층 두께차이고,
    nd는 제2 기록 매체의 굴절률이고,
    n1은 제2 유체의 굴절률이고,
    np는 파면 변경 소자의 물질의 굴절률이며,
    F는 대물 렌즈의 초점 길이인 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상 구조는, 계단에 의해 분리되는 복수의 계단모양의 환형 구역을 가진 비주기적 위상 구조를 포함하며, 상기 구역이 비주기적 방사 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상 구조는 회절 위상 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상 구조는 상기 제2 모드에서 사실상 보이지않는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상 구조는 상기 제3 모드에서 구면 수차를 보상하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유체(19) 및 파면 변경 소자(19)는 사실상 동일한 굴절률의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유체(19)는 기름이고, 제2 유체(18)는 소금물이며, 파면 변경 소자(17)는 디아크릴로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 제1 모드, 제2 모드, 및 제3 모드에서 각각 상이한 규정된 파장의 제1 방사 빔, 제2 방사 빔, 및 제3 방사 빔을 생성하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 상이한 파장은 각각 약 405nm, 660nm, 및 785nm인 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    BDs, DVDs, 및 CDs로부터 판독하고 및/또는 기록할 수 있는 것을 특징으로 하는 광 주사 장치.
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