KR20070095319A - 광학 주사 장치용 광보상기 - Google Patents

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요리스 제이. 프레헨
테우니스 더블유. 투케르
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

정보층을 갖는 광기록 매체를 주사하기 위한 광학 주사 장치용 광보상기로서, 복수개의 매체 중에서 상이한 두 개의 매체 내부에는 깊이가 다른 적어도 두개의 정보층이 있으며, 상기 광기록 매체는 제1 광기록 매체(3'), 제2 광기록 매체 및 제3 광기록 매체를 구비하고, 상기 주사 장치는 제1, 제2 및 제3 기록 매체를 각각 주사하기 위한 제1, 제2 및 제3 방사선 빔을 생성하는 방사원 시스템(7)을 구비하며, 상기 제1, 제2 및 제3 방사선 빔은 소정의 상이한 파장을 갖는다. 상기 광보상기는 제1, 제2 및 제3 방사선 빔이 통과하도록 배열되어 있는 비주기 위상 구조체를 구비하며, 상기 비주기 위상 구조체는 스텝에 의하여 분리된 복수개의 계단식 환형 영역을 가지고, 상기 영역은 비주기 반경방향 패턴을 형성하며, 상기 계단식 환형 영역은 제1, 제2 및 제3의 상이한 파면 변경을 각각 제1, 제2 및 제3 방사선 빔의 적어도 일부에 도입한다. 상기 광보상기는 복수개의 계단식 환형 영역의 적어도 일부에 대응하는 반경방향 높이 편차를 가지며, 상기 반경방향 높이 편차는 비제로 기여가 복수개의 계단식 환형 영역의 적어도 일부에 대응하는 파면의 일부에서 광보상기에 의하여 제1, 제2 및 제3 파면 변경 각각에 제공되도록 조정된다.
광학 주사, 보상기, 보정기, 기록 매체

Description

광학 주사 장치용 광보상기{OPTICAL COMPENSATOR FOR USE IN AN OPTICAL SCANNING DEVICE}
본 발명은 정보층을 갖는 광기록 매체를 주사하기 위한 광학 주사 장치용 광보상기에 관한 것으로, 복수개의 매체 중에서 상이한 두 개의 매체 내부에는 깊이가 다른 적어도 두개의 정보층이 있다.
광기록 매체를 이용하는 데이터 저장 분야는 현재 집중적으로 연구되고 있는 기술 영역이다. 이러한 광기록 매체의 유형은 콤팩트 디스크(CD), 통상의 디지털 다기능 디스크(DVD), 블루레이 디스크(BD) 및 고선명 디지털 다기능 디스크(HDDVD)와 같이 다수의 유형이 존재한다. 이러한 유형은 읽기 전용 형식(예를 들면, CD-ROM/DVD-ROM/BD-ROM), 기록가능한 형식(예를 들면, CD-R/DVD-R/BD-R), 재기록가능한 형식(예를 들면, CD-RW/DVD-RW/BD-RE) 및 오디오 형식(예를 들면, CD-A)과 같이 여러 가지 종류로 이용 가능하다. 유형이 상이한 광기록 매체를 주사하기 위하여 파장이 다른 방사선 빔을 이용하는 것이 필요하다. 이러한 파장은 CD를 주사하는 경우에 약 785nm, DVD를 주사하는 경우에 약 660nm(광학적으로 특정한 파장이 650nm이지만, 실제로 660nm에 가깝다), 그리고 BD를 주사하는 경우에 약 405nm이다.
유형이 상이한 광디스크는 저장할 수 있는 데이터의 최대량도 다를 수 있다. 이러한 최대량은 디스크를 주사하는데 필요한 방사선 빔의 파장과 대물렌즈의 개구수(NA)와 관련이 있다. 본원에서 주사이라 함은 데이터를 디스크 상으로부터 판독 및/또는 기록하는 것을 포함할 수 있다.
광디스크의 데이터는 정보층 상에 저장된다. 디스크의 정보층은 소정의 두께를 갖는 커버층에 의하여 보호된다. 유형이 상이한 광디스크는 커버층의 두께가 다른바, 예를 들면, CD의 커버층 두께는 약 1.2mm, DVD는 약 0.6mm 및 BD는 약 0.1mm이다. 소정 유형의 광디스크를 주사할 때, 방사선 빔은 정보층 상의 한 지점에 집속된다. 방사선 빔이 디스크의 커버층을 통과할 때, 방사선 빔에 구면수차가 도입된다. 도입된 구면수차의 양은 커버층의 두께와 방사선 빔의 파장에 의존한다. 커버층에 의하여 도입된 구면수차와 협력하여, 방사선 빔이 디스크의 정보층 상에 정확하게 집속될 수 있도록, 디스크의 커버층에 도달하기 전에, 방사선 빔은 이미 소정의 구면수차를 갖는 것이 필요하다. 커버층의 두께가 다른 상이한 디스크를 주사하는 경우에, 방사선 빔은 커버층에 도달하기 전에 상이한 구면수차를 갖는 것이 필요하다. 이것은 정보층에 방사선 빔을 정확하게 집속하게 한다.
그 결과, 하나의 대물렌즈를 이용하여 모든 유형의 디스크를 주사하는 경우에, 커버층의 두께차를 극복하기 위하여 대물렌즈는 각각의 디스크 유형에 대하여 상이한 양의 구면수차를 발생시켜야 한다.
제목이 "광학계에서 비주기 위상 구조체의 응용"이라는 B.H.W. Hendriks, J.E. de Vries 및 H.P. Urbach 공저의 논문[Applied Optics vol. 40, 6548-6560 페이지(2001)]은 DVD 대물렌즈를 CD 주사과 호환할 수 있는 비주기 위상 구조체(NPS) 를 기술하고 있다.
국제 특허 출원 WO 03/060891은 각각 3개의 다른 방사선 빔을 이용하는 3개의 상이한 광기록 매체의 정보층을 주사하기 위한 광학 주사 장치를 개시하고 있다. 각각의 방사선 빔은 편광 및 상이한 파장을 갖는다. 이 장치는 회절소자를 갖는 대물렌즈를 구비하며, 상기 회절소자는 복굴절 재료를 포함한다. 회절소자는 최단 파장을 갖는 빔이 최단 파장에 대하여 실질적으로 제로의 도입 상 변화 모듈로(modulo) 2π를 갖도록 방사선 빔을 회절시킨다. 회절소자는 다른 방사선 빔 중 적어도 하나를 양의 일차(positive first order)로 회절시킨다.
국제 특허 출원 WO 03/060892는 각각 3개의 다른 방사선 빔을 이용하는 3개의 상이한 광기록 매체의 정보층을 주사하기 위한 광학 주사 장치를 개시하고 있다. 각각의 방사선 빔은 편광 및 상이한 파장을 갖는다. 이 장치는 하나 또는 두 개의 방사선 빔의 파면 수차(wavefront aberration)를 보정하기 위한 비주기 위상 구조체(NPS)와 대물렌즈를 구비한다. 상 구조체는 복굴절 재료를 포함하며, 비주기 스텝 프로파일을 갖는다.
미국 특허 제6,687,037호는 두 개의 상이한 파장을 갖는 방사선 빔으로 광기록 매체를 주사하기 위한 광학 주사 장치를 개시하고 있다. 이 장치는 블레이즈드(blazed) 회절 격자와 유사한 스텝 프로파일을 갖는 회절소자와 대물렌즈를 구비한다. 회절소자는 최단 파장의 방사선 빔에 대하여 영차 회절을 선택하며, 다른 방사선 빔에 대하여 1차 회절을 선택한다.
DVD/CD 호환형 렌즈와 같은 2모드 대물렌즈의 경우, NPS 또는 회절 구조체를 어느 한 모드로 설계된 렌즈와 사용하여 구면수차를 다른 모드로 보정할 수 있다. 3모드 대물렌즈의 경우에, 회절 구조체가 제3 모드를 그대로 두고 상이한 양의 구면수차를 2모드로 보정하여야 하기 때문에, 이러한 NPS 또는 회절 구조체에 대한 요구가 매우 강렬하다. 게다가, 3모드가 785nm 방사선의 파장과 405nm 방사선의 파장을 포함하는 경우에, 파장 비율은 대부분의 광학 재료에서 NPS 스텝에 기인하여 도입된 상 변화가 대략 2의 계수만큼 상이하도록 선택되어, 제조 공정에 비용이 발생하는 비교적 높은 NPT 스텝 또는 파장 중 어느 하나에 대하여 불충분한 전송을 초래한다.
현재 제안된 해결수단의 또 다른 결점은 각각의 파장에 대하여 상이한 회절 차수를 사용하는 격자에 의존한다는 것이다. 이것은 보정을 필요로 하는 수차 사이에 일정한 관계를 부과한다. 예를 들면, BD 대물렌즈 시스템은 영차, 1차 및 2차 회절 격자를 각각 사용함으로서 DVD 및 CD와 호환될 수 있다. 이는 CD의 경우에 위상 스텝의 광위상차(Optical Phase Difference; OPD)가 완전히 동일한 형상을 가지며, DVD의 경우에 OPD 보다 두배로 높을 때에 완전한 해결수단이 될 수 있다. 이것은 대물렌즈 시스템에 대하여 확실하게 일치하지 않기 때문에, 상기 문제를 해결하기 위하여 또 다른 작은 보정이 추가되어야 한다. HDDVD 3중 모드 대물렌즈 시스템의 경우에, NPS 스텝을 이용하여 발생될 수 있는 HDDVD와 DVD 간의 OPD에서의 차이가 NPS 스텝을 이용하여 발생될 수 있는 DVD와 CD 또는 HDDVD와 CD 간의 OPD에서의 차이와 비교하여 매우 작기 때문에, 이것은 더욱 곤란하다.
본 발명의 일태양에 따르면, 정보층을 갖는 광기록 매체를 주사하기 위한 광 학 주사 장치용 광보상기로서, 복수개의 매체 중에서 상이한 두 개의 매체 내부에는 깊이가 다른 적어도 두개의 정보층이 있으며, 상기 광기록 매체는 제1 광기록 매체, 제2 광기록 매체 및 제3 광기록 매체를 구비하고, 상기 주사 장치는 제1, 제2 및 제3 기록 매체를 각각 주사하기 위한 제1, 제2 및 제3 방사선 빔을 생성하는 방사원 시스템을 구비하며, 상기 제1, 제2 및 제3 방사선 빔은 소정의 상이한 파장을 가지고, 상기 광보상기는 제1, 제2 및 제3 방사선 빔이 통과하도록 배열되어 있는 비주기 위상 구조체를 구비하며, 상기 비주기 위상 구조체는 스텝에 의하여 분리된 복수개의 계단식 환형 영역을 가지고, 상기 영역은 비주기 반경방향 패턴을 형성하며, 상기 계단식 환형 영역은 제1, 제2 및 제3의 상이한 파면 변경을 각각 제1, 제2 및 제3 방사선 빔의 적어도 일부에 도입하는, 상기 광학 주사 장치용 광보상기에 있어서, 상기 광보상기는 복수개의 계단식 환형 영역의 적어도 일부에 대응하는 반경방향 높이 편차를 가지며, 상기 반경방향 높이 편차는 비제로 기여(non-zero contribution)가 복수개의 계단식 환형 영역의 적어도 일부에 대응하는 파면의 일부에서 광보상기에 의하여 제1, 제2 및 제3 파면 변경 각각에 제공되도록 조정되는 것을 특징으로 하는 광보상기가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명에 따라 배열된 광보상기를 구비하는 광학 주사 장치가 제공된다.
본 발명은 복수개의 모드 중 어느 하나에 대하여 제로와 동일한 위상, 즉 모듈로 2π를 부가하는 NPS 구조체를 이용하는 3 또는 그 이상의 모드와 호환 가능한 대물렌즈 시스템을 제공한다. 위상 스텝을 모든 모드에 대하여 보일 수 있게 하기 위하여, 각각의 모드에 대하여 방사선 빔이 대물렌즈 시스템과 커버층을 통과한 이후에 파면을 교차하는, 즉 집속된 스폿에서의 잔부 수차(remaining aberration), 즉 제곱 평균 제곱근(RMS) 평균 OPD는 감소될 수 있으며, 그러므로 투과 및 스폿 형상이 개선될 수 있다. 이러한 해결책은 각각의 모드에 대하여 상이한 차수를 이용하는 격자에 의존하지 않기 때문에, 보정될 상이한 수차 사이에 상관관계가 부과되지 않는다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 하나 이상의 반경방향 높이 편차에 의하여 비구면 표면이 제공된다. 이것은 모든 모드에 걸쳐서 최적화된 광보상 효과를 제공한다.
본 발명은 블루레이, DVD 및 CD를 조합한 블루레이 3중 모드 대물렌즈 시스템에 대한 해결책을 제공한다.
본 발명은 블루레이, HDDVD 및 CD를 조합한 HDDVD 3중 모드 대물렌즈 시스템에 대한 해결책을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학 주사 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학 주사 장치의 광학계를 개략적으로 도시한다.
도 3a, 3b, 및 3c는 종래 기술에 따른 보정될 OPD, NPS 구조체 및 잔부 OPD의 반경방향 프로필을 개략적으로 도시한다.
도 4a, 4b, 및 4c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 보정될 OPD, NPS 구조체 및 잔부 OPD의 반경방향 프로필을 개략적으로 도시한다.
도 5a, 5b, 및 5c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 보정될 OPD, NPS 구조체 및 잔부 OPD의 반경방향 프로필을 개략적으로 도시한다.
도 6, 7 및 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광보상기에 의하여 3개의 상이한 방사선 빔에 대하여 보정된 파면 수차를 각각 도시한다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 NPS의 반경방향 표면 프로파일을 도시한다.
도 10, 11, 및 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광보상기에 의하여 보정된 이후에 3개의 상이한 방사선 빔에서의 잔부 OPD의 반경방향 프로파일을 각각 도시한다.
도 13, 14, 및 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광보상기에 의하여 3개의 상이한 방사선 빔에 대하여 보정된 파면 수차를 각각 도시한다.
도 16은 본 발명의 제4 실시예에 따른 NPS의 반경방향 표면 프로파일을 도시한다.
도 17, 18, 및 19는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광보상기에 의하여 보정된 이후의 3개의 상이한 방사선 빔에서의 잔부 OPD의 반경방향 프로파일을 각각 도시한다.
도 1은 제1, 제2 및 제3 광기록 매체를 제1, 제2 및 제3 방사선 빔으로 각각 주사하기 위한 광학 주사 장치를 대략적으로 도시한다. 제1 광기록 매체(3')가 예시되어 있으며, 이것은 제1 방사선 빔(4')으로 주사되는 제1 정보층(2')을 구비한다. 제1 광기록 매체(3')는 커버층(5')을 구비하며, 커버층의 한 측면에는 제1 정보층(2')이 배열되어 있다. 커버층(5')으로부터 떨어진 보호층(6')의 측면은 보호층(6')에 의하여 외부 영향으로부터 보호된다. 커버층(5')은 제1 정보층(2')에 대하여 기구적인 지지부를 제공하는 것에 의하여 제1 광기록 매체(3')에 대하여 기재로서 작용한다. 별법으로서, 커버층(5')은 제1 정보층(2')을 보호하는 기능만을 갖는 반면, 기구적인 지지부는 제1 정보층(2')의 다른 측면 상에 형성된 층에 의하여, 예를 들면 보호층(6')에 의하여 또는 부가적인 정보층과 최상층 정보층에 연결된 커버층에 의하여 제공된다. 제1 정보층(2')은 커버층(5')의 두께에 대응하는 제1 정보층 깊이(d1)를 갖는다. 제2 및 제3 광기록 매체(비도시)는 제2 및 제3 광기록 매체의 커버층(비도시)의 두께에 각각 대응하는 제2 및 제3의 상이한 정보층 깊이(d2 및 d3)을 갖는다. 제3 정보층의 깊이(d3)는 제2 정보층의 깊이(d2)보다 작으며, 제2 정보층의 깊이(d2)는 제1 정보층의 깊이(d1)보다 작은바, 즉 d3<d2<d1. 제1 정보층(2')은 제1 광기록 매체(3')의 표면이다. 이와 유사하게, 제2 및 제3 정보층(비도시)은 제2 및 제3 광기록 매체의 표면이다. 이러한 표면은 적어도 하나의 트랙, 즉, 집속된 방사선의 스폿이 따라가는 경로를 가지며, 상기 경로 상에는 광 판독 마크가 배열되어 정보를 나타낸다. 상기 마크는 예를 들면 주변 환경과 상이한 반사 계수 또는 자화 방향을 갖는 피트 도는 영역 형태일 수 있다. 제1 광기록 매체(3')가 디스크 형상을 갖는 경우에, 소정의 트랙에 대하여 다음을 한정 한다. 반경 방향이란 트랙과 디스크의 중심 사이의 기준축, 즉 X축 방향을 의미하며, 접선 방향이란 트랙에 대하여 접선하고 상기 X축에 대하여 직각인 또 다른 축선 방향, 즉 Y축 방향을 의미한다. 본 실시예에서, 제1 광기록 매체(3')는 콤팩트 디스크(CD)이며, 제1 정보층의 깊이(d1)는 대략 1.2mm이고, 제2 광기록 매체는 통상의 디지털 다기능 디스크(DVD) 이며, 제2 정보층의 깊이(d2)는 대략 0.6mm이고, 제3 광기록 매체(3)는 블루레이 디스크(BD)이며, 제3 정보층의 깊이(d3)는 대략 0.1mm이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 광학 주사 장치(1)는 광축(OA)을 가지며, 방사원 시스템(7), 시준기 렌즈(18), 빔 분배기(9), 대물렌즈 시스템(8) 및 검출 시스템(10)을 구비한다. 또한, 광학 주사 장치51)는 서보 회로(11), 포커스 액츄에이터(12), 래디얼 액츄에이터(13) 및 에러 보정용 정보 처리 유닛(14)을 구비한다.
방사원 시스템(7)은 제1 방사선 빔(4'), 제2 방사선 빔 및/또는 상이한 제3 방사선 빔(도 1에 비도시)을 연속적으로 또는 동시에 발생시키도록 배열되어 있다. 예를 들면, 방사원 시스템(7)은 방사선 빔을 연속적으로 공급하기 위한 가변 반도체 레이저 또는 이러한 방사선 빔을 동시에 또는 연속적으로 공급하기 위한 3개의 반도체 레이저를 구비할 수 있다. 제1 방사선 빔(4')은 소정의 제1 파장(λ1)을 가지며, 제2 방사선 빔(4")은 이와 상이한 소정의 제2 파장(λ2)을 가지고, 제3 파장(4''')은 상이한 소정의 제3 파장(λ3)을 갖는다. 본 실시예에서, 제3 파장(λ3) 은 제2 파장(λ2)보다 짧다. 제2 파장(λ2)은 제1 파장(λ1)보다 짧다. 본 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 파장(λ1, λ2, λ3) 각각은 약 770 내지 810nm(λ1)의 범위, 약 640 내지 680nm(λ2)의 범위 및 400 내지 420nm(λ3)의 범위, 바람직하게는 약 785nm, 650nm 및 405nm이다. 제1, 제2 및 제3 방사선 빔은 약 0.5, 0.65 및 0.85의 개구수(NA)를 각각 갖는다.
시준기 렌즈(18)는 제1 방사선 빔(4')을 실질적으로 시준된 빔(20')으로 변환하기 위하여 광축(OA) 상에 배열되어 있다. 이와 유사하게, 상기 시준기 렌즈는 제2 및 제3 방사선 빔을 실질적으로 시준된 빔(20") 및 실질적으로 시준된 제3 빔(20''')(도 2에 도시)으로 변환한다.
빔 분배기(9)는 시준된 제1, 제2 및 제3 방사선 빔을 대물렌즈 시스템(8)으로 전달하도록 배열되어 있다. 상기 빔 분배기(9)는 광축(OA)에 대하여 각도(α)(바람직하게는, α=45도)로 경사진 평면 평행 플레이트로 형성되는 것이 바람직하다.
대물렌즈 시스템(8)은 시준된 제1, 제2 및 제3 방사선 빔을 각각 제1, 제2 및 제3 광기록 매체 상의 소정 초점에 집속하도록 배열된다. 제1 방사선 빔에 대한 소정의 초점은 제1 주사 스폿(16')이다. 제2 및 제3 방사선 빔에 대한 소정의 초점은 제2 및 제3 주사 스폿(16" 및 16''')이다(도 2에 도시). 주사 스폿 각각은 적정 광기록 매체의 제1 정보층 상의 위치에 대응한다. 주사 스폿 각각은 실질적으로 회절 제한되는 것이 바람직하며, 70mλ 미만인 파면 수차(wavefront aberration)를 갖는다.
주사 동안, 제1 광기록 매체(3')는 스핀들(비도시) 상에서 회전하며, 제1 정보층(2')은 커버층(5')을 통해 주사된다. 집속된 제1 방사선 빔(20')은 제1 정보층(2') 상에서 반사하여, 대물렌즈 시스템(8)에 의하여 제공된 전방으로 수렴하는 집속된 제1 방사선 빔의 광로로 귀환하는 반사된 제1 방사선 빔을 형성된다. 대물렌즈 시스템(8)은 반사된 제1 방사선 빔을 반사되고 시준된 제1 방사선 빔(22')으로 변환시킨다. 빔 분배기(9)는 반사된 제1 방사선 빔(22')의 적어도 일부를 검출 시스템(10)으로 전달하여 전방의 제1 방사선 빔(20')을 반사된 제1 방사선 빔과 분리시킨다.
검출 시스템(10)은 수렴렌즈(25)와 사분원 검출기(23)를 구비하는바, 이들은 반사된 제1 방사선 빔(22')의 일부를 포획하고 그것을 하나 이상의 전기 신호로 전환시키도록 배열되어 있다. 상기 신호 중 하나는 정보 신호(I데이터)이며, 그 정보 신호의 값은 정보층(2') 상에 주사된 정보를 나타낸다. 정보 신호(I데이터)는 에러 보정용 정보 처리 유닛(14)에 의하여 처리된다. 검출 시스템(10)에서 출력된 다른 신호로는 포커스 에러 신호(I포커스)와 반경방향 트랙킹 에러 신호(I반경방향)가 있다. 포커스 에러 신호(I포커스)는 제1 정보층(2')의 위치와 제1 주사 스폿(16') 사이에서 광축(OA)을 따른 축방향 높이차를 나타낸다. 바람직하게는, 신호는 비점수차법(astigmatic method)에 의하여 형성되는바, 상기 비점수차법은 특히 G. Bouwhuis, J. Braat 등의 제목이 "디스크 시스템의 원리"라는 저서(Adam Hilger 1985) 75 내지 80 페이지에 공개되어 있다. 상기 포커싱 방법에 따라 비점 수차를 생성하는 장치를 도시하지 않았다. 반경방향 트랙킹 에러 신호(I반경방향)는 제1 정보층(2')의 XY 평면에서, 제1 주사 스폿(16')이 따르는 정보층(2') 내의 트랙 중심과 제1 주사 스폿(16') 간의 거리를 나타낸다. 바람직하게는, 상기 신호는 상기 G. Bouwhuis 저서의 70 내지 73 페이지에 기재된 래디얼 푸시-풀 방법(radial push-pull method)으로 형성된다.
서보 회로(11)는 상기 신호(I포커스 및 I반경방향)에 응답하여 포커스 액츄에이터(12)와 래디얼 액츄에이터(13)를 각각 제어하기 위한 서보 제어 신호(I제어)를 제공하도록 배열된다. 포커스 액츄에이터(12)는 광축(OA)을 따라 대물렌즈 시스템(8)의 렌즈 위치를 제어하여, 주사 스폿(16')의 위치가 제1 정보층(2')의 평면과 실질적으로 일치하도록 제어한다. 래디얼 액츄에이터(13)는 X축선을 따라 대물렌즈 시스템(8)의 대물렌즈의 위치를 제어하여, 주사 스폿(16')의 반경방향 위치를 제1 정보층(2')에서 따르는 트랙의 중심선과 실질적으로 일치하도록 제어한다.
도 2는 광학 주사 장치의 대물렌즈 시스템(8)을 개략적으로 도시한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 대물렌즈 시스템(8)은 제1, 제2 및 제3의 상이한 파면 변경(WM1, WM2, WM3)을 제1, 제2 및 제 3 방사선 빔(20', 20", 20''')의 적어도 일부에 각각 도입하도록 배열된다. 파면 변경(WM1, WM2, WM3)의 각각은 비주기 위상 성분을 포함하는바, 이에 대해서는 후술되어 있다.
대물렌즈 시스템(8)은 광보상기[본 실시예에서, 보정판(30) 형태이다]와, 대물렌즈(32)를 구비하며, 전술한 구성은 광축(OA) 상에 배열되어 있다. 대물렌 즈(32)는 광기록 매체로부터 멀어지는 방향으로 향하는 비구면을 갖는다. 렌즈(32)는 예를 들면 유리로 형성된다.
보정판(30)은 NPS가 형성되어 있는 평면 베이스 기재를 구비한다. NPS는 높이가 상이한 일련의 환형 영역을 구비하며, 상기 환형 영역 각각은 높이가 조절된 불연속 스텝으로 분리되어 있다.
통상적으로, NPS의 영역은 그 영역을 가로지르는 일정한 상을 도입하며, 상기 스텝의 위치에서, 영역은 제1, 제2 및 제3 방사선 빔(20', 20", 20''') 중에서 선택된 것의 파장으로는 실질적으로 보이지 않도록 선택된다. 즉, 복수개의 파장 중 하나에 대하여 제로와 동일한 위상, 즉 모듈로 2π를 부가하는 스텝을 발견할 수 있다. 영역 폭과 스텝 높이는 두 개의 다른 파장에 대하여 소정의 수차 보정을 제공하도록 선택된다. 종래 NPS에 있어서, 영역 높이(hj)( 기재의 베이스면 상방의 영역 j의 높이)는 하기의 식과 동일하도록 설계된다.
Figure 112007049741264-PCT00001
여기서, mj는 정수, λ는 파장, n1은 상기 파장에서 NPS를 형성하는 재료의 굴절율이다. 상기 수학식은 NPS가 공기와 접촉하는 경우에 유효하다. 상기 접촉은 두가지 상이한 재료 사이에서 가능하며, 이 경우에 분모는 (n1-n2)가 된다.
따라서, 영역 높이는 기본 스텝 높이의 정수 배수(1, 2, 3 등)만큼 상이하 다. 본 발명의 실시예는 기본 스텝 높이(hBD, hDVD, hCD 및 hHDDVD)를 이용할 수 있다. 이것은 상기 수학식(1)에 따라 선택된 기본 스텝 높이로서, 여기서 mj=1이며, 적정 파장λ, 즉 약 4.5nm, 660nm, 785nm 및 405nm를 각각 이용한다.
전술한 문제점 중 하나로는, CD 방사선의 파장과 BD 방사선의 파장은 가장 일반적인 광학 재료에서 NPS 스텝에 기인하여 도입된 상 변화가 대략 2의 계수만큼 상이하도록 선택되는 것에 있다. 위에서 참조한 "광학계에서 비주기 위상 구조의 응용"이라는 논문에서도 지적된 바와 같이, NPS에서 사용 가능한 실질적으로 상이한 위상 스텝의 개수는 연분수를 이용하여 계산될 수 있다. 이 경우에 대한 실질적으로 상이한 위상 스텝의 개수는 2이다. 이것은 405nm 방사선에 대하여 2π 위상 스텝의 정수를 이용하여 785nm에서 대략 0이며 π인 위상 스텝을 만들 수 있는 것을 의미한다.
도 3a는 CD 경우에 대하여 보정되는 파면의 OPD의 반경방향 프로파일(300)과 BD 경우에 대하여 보정되는 파면의 OPD의 반경방향 프로파일(302)을 도시한다. 이 경우에 대물렌즈는 BD에 대하여 최적화되며, 따라서 보정될 OPD가 존재하지 않으며, CD에 대하여 보정될 파면 프로파일은 선형이다.
도 3b는 본 발명과 관련이 없는 통상의 NPS 구조체를 도시하는 예로서, 불연속 스텝에 의하여 분리된 복수개의 환형 NPS 영역 각각의 프로파일을 도시하는 반경방향 단면도이다. 도 3b에서 NPS 영역은 기본 스텝 높이(hBD)의 배수인 높이를 갖는 스텝으로 분리되어 있다.
도 3c는 도 3b에 도시된 NPS 구조체를 이용하여 보정한 이후에 CD에 대한 최종적인 잔부 OPD의 반경방향 프로파일(306)과 BD에 대한 최종적인 잔부 OPD의 반경방향 프로파일(308)을 도시한다. BD에 대한 잔부 OPD는 여전히 완벽하지만, CD에 대한 잔부 OPD는 0.5파의 피크 대 피크 값을 보여주고 있다. CD의 경우에 어느 정도의 개선이 보여지지만, 잔부 OPD의 이러한 높은 잔부 피크 대 피크 값이 디스크의 스폿을 향하여 매우 높은 전송 손실을 야기할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, NPS 구조체는, 본 발명의 실시예에 따른 NPS 구조체의 각 영역이 통상의 NPS 구조체에서와 같이 평탄하게 될 수 있는, 즉 폭을 가로질러 일정한 위상을 도입할 수 있는 기본 반경방향 영역 프로파일을 구비하기 때문에, 통상의 NPS 구조체에 대한 제1차수(기본 스텝의 높이에 대한 크기의 차수에 대응한다)에서 유사한 NPS 구조체가 제공된다. 그러나, 본 발명이 실시예에 따르면, 가변 위상을 부과하기 위하여 NPS의 각 영역 또는 적어도 몇몇 영역 내에서 부가적인 반경방향 표면 프로파일이 기본 영역 프로파일 상에 중첩된다. 이러한 영역의 부가적인 반경방향 표면 프로파일은 반경방향 폭을 가로질러 영역 내에서 높이 편차를 제공한다. 부가적인 반경방향 표면 프로파일은 비회절성이다. 영역 내에서의 각 높이 편차는 영역 내에서의 높이 편차보다 상당히 작으므로, 영역의 평균 높이와 인접한 영역의 평균 높이간의 높이 편차로서 취하여질 수 있다. 영역 내에서의 각 높이 편차는 영역의 평균 높이와 인접한 영역의 평균 높이간의 높이 편차의 최대 절반인 것이 일반적이다. NPS 구조체가 곡면 렌즈면 상에 형성된 경우에(후술된 변형예에 따르면), 본원에 기술된 영역 내부의 높이 편차는 렌즈의 기본 프로 파일에 의하여 제공된 기본 높이 편차 이상이다. 부가적인 반경방향 높이 프로파일은 복수개의 파장 중에서 적어도 하나, 바람직하게는 두 개에 대하여 잔부 수차, 통상 구면 수차를 감소시키면서, 렌즈 디자인을 최적화하기 위한 하나의 파장에 대하여 허용 가능한 수차를 도입하는 효과를 갖는다. 별법으로서, 렌즈 디자인은 복수개의 파장 중에서 어느 하나에 대하여 적합하지 않을 수 있다.
부가적인 반경방향 프로파일은 각각의 영역에서 동일할 수 있다. 그러나, 보정될 수차가 다른 영역에서 상이한 것이 일반적이므로, 부가적인 반경방향 표면 프로파일은 다른 영역에서 상이한 것이 바람직하다. 각각의 영역에서 상이한 부가적인 반경방향 프로파일을 각각의 영역에서 사용한다. 그 결과, 각각의 파장에 대한 피크 대 피크 잔부 OPD는 바람직하게 0.5파 미만, 보다 바람직하게는 0.4파, 더욱 바람직하게는 0.333파 미만이다. 게다가, 복수개의 파장 중에서 적어도 두 개의 파장에 대한 최대 잔부 OPD는 바람직하게는 0.333파 미만, 보다 바람직하게는 0.2파 미만이다. 그러나, 각각의 파장에 대하여 잔부 고차 수차가 존재한다. 그러므로, 각각의 파장에 대한 피크 대 피크 잔부 OPD는 적어도 0.05파가 일반적이며, 적어도 0.1파 또는 심지어 0.2파일 수도 있다.
도 4a는 도 3a에 대응하는 것으로, 즉 보정될 OPD의 반경방향 프로파일을 도시한다. 도 4b는 본 발명의 실시예에 따르면 불연속 스텝에 의하여 분리된 복수개의 환형 NPS 영역 각각의 표면 프로파일(40)을 도시하는 반경방향 프로파일로서 NPS 구조체를 도시한다. 도 4b는 기본 스텝 높이(hBD)의 배수인 높이를 갖는 NPS 영역과 부가적인 서브 스텝 높이(1/3hBD)를 갖는 서브 영역을 도시한다. 각각의 NPS 영역 내에서의 표면은 렌즈 디자인을 최적화하기 위한 하나의 파장에 대하여 허용 가능한 수차를 도입하면서, 복수개의 파장 중에서 적어도 하나, 바람직하게는 두 개에 대한 잔부 수차를 더욱 감소시키기 위하여 서브 영역을 구비한다. 각각의 영역에 대하여 기본 영역 프로파일(406a, 406)이 점선으로 도시되어 있다. 각각의 영역에서 부가적인 반경방향 표면 프로파일(408a, 408b)은 실선으로 도시되어 있다. 이 경우에 부가적인 반경방향 표면 프로파일에 의하여 제공된 반경방향 높이 편차는 서브 영역이 일정한 높이를 갖는 불연속 서브 스텝을 포함한다. 불연속 서브 스텝의 크기는 기본 영역 프로파일에 사용된 스텝의 높이의 0.33이다. 본 실시예에서, 상기 구조는 CD 경우에 대하여 위상을 도입하는 위상 스텝을 허용함으로써 CD 파장에 대한 수차를 감소시키지만, 허용가능한 수차에 제한받지 않는다. 각각의 위상 스텝 내에는 NPS 서브 영역이 존재하며, 이는 BD 경우에 약 (2*165=) 330mλ의 잔부 OPD를 희생하여 CD OPD에서 대략 165mλ의 위상을 공제한다.
도 4c는 도 4b에 도시된 NPS 구조체를 이용하여 보정한 이후에 CD에 대한 잔부 OPD의 반경방향 프로파일(410)과 BD에 대한 잔부 OPD의 반경방향 프로파일(412)을 도시한다. 잔부 OPD의 피크 대 피크 값은 CD의 경우에 330mλ 이내로 감소되며, 잔부 OPD의 피크 대 피크 값은 BD의 경우에 도입된 330mλ 이내이다.
도 5a는 도 3a에 대응하는 것으로, 즉 보정될 OPD의 반경방향 프로파일을 도시한다. 도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따르면 불연속 스텝에 의하여 분리된 복 수개의 환형 NPS 영역 각각의 표면 프로파일(504)을 도시하는 반경방향 프로파일로서 NPS 구조체를 도시한다. 각각의 NPS 영역 내에서의 표면은 렌즈 디자인을 최적화하기 위한 하나의 파장에 대하여 허용 가능한 수차를 도입하면서, 복수개의 파장 중에서 적어도 하나, 바람직하게는 두 개에 대한 잔부 수차를 더욱 감소시키기 위하여 서브 영역을 구비한다. 각각의 영역에 대하여 기본 영역 프로파일(506a, 506b)이 점선으로 도시되어 있다. 각각의 영역에서 부가적인 반경방향 표면 프로파일(508a, 508b)은 실선으로 도시되어 있다. 이 경우에 부가적인 반경방향 표면 프로파일에 의하여 제공된 반경방향 높이 편차는 영역의 최내측 부분에서 제로로 개시하고 그 영역의 최외측 부분에서 최대량의 높이 편차로 종료하는 점진적으로 가변하는 높이 편차를 갖는다. 최대 높이 편차의 크기는 기본 영역 프로파일에 사용된 스텝의 높이의 0.33이다. 본 실시예에서, 보정될 OPD가 동공 위치와 선형을 이루면, 비구면 표면은 가변 곡률을 갖는 연속 표면을 가질 수 있다.
도 5c는 도 5b에 도시된 NPS 구조체를 이용하여 보정한 이후에 CD에 대한 잔부 OPD의 반경방향 프로파일(510)과 BD에 대한 잔부 OPD의 반경방향 프로파일(512)을 도시한다. 이 경우에, 잔부 OPD의 피크 대 피크 편차에 기인한 손실은 두 모드 사이에서 적절히 평형을 이룬다.
BD/CD 시스템에 대하여 도시된 잔부 OPD는 연속 분수(continuous fraction; CF)가 2라고 가정하기 때문에 실제로 최악의 상황이다. CF가 높으면, 피크 대 피크 잔부 OPD는 더욱 감소될 수 있다. 전술한 바와 같이, 기본 스텝 높이(hCD)의 배수인 높이의 위상 스텝을 위상 구조에 부과하면, CD 파장의 2π 위상이 BD 파장 의 약 4π 위상과 동일하기 때문에 잔부 OPD에 영향을 주지 않는다. 이러한 특징에 따르면, 기본 스텝 높이(hCD)의 배수인 스텝으로 이루어진 NPS는 DVD 파장에 대하여 상이한 위상 스텝을 도입한다. CD DVD 시스템의 CF는 일반적으로 높다. 위에서 참조한 "광학계에서 비주기 위상 구조의 응용"이라는 논문에서, 6개의 실질적으로 상이한 위상 스텝을 산출하는 DVD 파장에서(hDVD/hCD=0.8356이므로) 2π 위상 스텝을 이용하는 예를 제시하고 있다. 그러나, 이 경우에, 위상 스텝은 5개의 실질적으로 상이한 위상 스텝을 산출하는 CD 파장에서 2π 위상 스텝으로 이루질 수 있는바, 이는 DVD 잔부 OPD를 보정하는데 필요하다.
본 발명의 제3 실시예는 BD/DVD/CD 호환형 대물렌즈의 3파장 부분을 위한 디자인을 제시하고 있다. 표 1에는 본 실시예에서 상이한 모드에 대하여 이용되는 파라미터를 기술하고 있다.
기판(mm) NA λnm
BD 0.0875 0.85 405
DVD 0.6 0.65 660
Cd 1.2 0.5 785
이러한 대물렌즈의 경우, 스미따(Sumita) K-VC89 글래스로 제조된 BD에 대하여 최적화된 렌즈 본체를 이용한다. 대물렌즈의 전방에는 도 2에 도시된 바와 같이 보정판이 배치되어 있으며, 그 상부에는 DVD 및 CD와 호환 가능한 NPS 구조체가 배치된다. 호환 가능한 대물렌즈는 모든 모드에 대한 무한 복합체(infinite conjugate)에서 이용된다. NPS는 본 실시예에서 평탄한 측면을 갖는 평면 유리 기판에 의하여 제공된 평탄한 베이스 프로파일 상에서 성형 공정으로 형성된 광고분자(2P) 복제 재료로 형성된다.
도 6, 7 및 8에는 NPS 보정을 수행하지 않은 잔부 OPD가 동공의 3 파장부에 대하여 상이한 작동 모드로 도시되어 있다. 도 6에서 잔부 OPD는 동공의 3 파장부 내에서 BD 모드로 작성되어 있다. 도 7에서 잔부 OPD는 동공의 3 파장부 내에서 DVD 모드로 작성되어 있다. 도 8에서 잔부 OPD는 동공의 3 파장부 내에서 CD 모드로 작성되어 있다. OPD 도표의 축척은 처음 2개의 도표(BD 및 DVD)에서 동일하며(1 파), 마지막 도표에서 5 파이다. 렌즈는 BD 최적화 렌즈로 설계되어 있는 것을 알 수 있다. DVD 경우에, 구면 수차의 0.93 파 피크가 보정될 필요가 있으며, CD 경우에 구면 수차의 약 5 파 피크가 보정되어야 한다. CD에 대한 작업 거리를 증가시키기 위하여, 상기 모드에 어느 정도의 디포커스(defocus)가 부가된다.
DVD 및 CD 모드에 대하여 잔부 OPD를 보정하기 위하여, 각각의 영역 내에서 비구면인 일련의 NPS 영역을 설계하여, DVD 및 CD에 대하여 적어도 몇몇의 잔부 OPD를 보정하지만 또한 소량의 수차를 BD 모드에 부가한다. 이 경우에(BD에 대하여 최적화된 렌즈), 스텝 높이는 다음의 범위 이내에 속한다.
Figure 112007049741264-PCT00002
도 9에는 본 발명에 따른 보정판용의 NPS 구조체가 도시되어 있다. 도 9에 는 NPS 구조체를 본 발명의 실시예에 따른 보정판 상에 형성된 불연속 스텝으로 분리된 복수개의 환형 NPS 영역 각각의 프로파일을 도시하는 단면도로서 도시하고 있다. 각각의 스텝 내측의 표면은 비구면으로서, 도 9에서는 직접 구분할 수 없지만 도 10, 11 및 12로부터 각각 이해할 수 있다. 각각의 NPS 영역 내측의 표면은 렌즈 디자인을 최적화하기 위한 하나의 파장에 대하여 허용 가능한 수차를 도입하면서, 복수개의 파장 중에서 적어도 하나, 바람직하게는 두 개에 대한 잔부 수차를 더욱 감소시키기 위하여 비구면으로 형성된다.
본 실시예에서, 각각의 영역에서 사용된 부가적인 반경방향 표면 프로파일은 메리트 함수(merit function)를 이용하여 발생된다. 최고의 국부 영역 높이는 각각의 반경방향 위치에 대하여 개별적으로 결정된다. 이를 달성하기 위하여, 국부 영역 높이는 변경되며, 각각의 국부 영역 높이에 대하여 메리트 함수가 결정된다. 최저 메리트를 갖는 국부 영역 높이는 최고의 품질을 가지며, 그 반경에 대하여 최고의 국부 영역 높이로서 선택된다. 잔부 OPD가 제로에 가장 근사치일 때, 하나의 파장(CD, DVD 또는 BD)에 대한 품질이 높지만, 상기 메리트 함수는 각각의 파장에 대한 품질을 고려하며, 메리트 함수에 의하여 측정된 바와 같이 총체적으로 최고의 품질을 제공하기 위하여 품질을 비교 평가한다. 잔부 OPD는 보정되어야 하는 OPD에서 제로 높이에 기인한 OPD를 공제하고 이 값의 우수리 부분을 취하는 것으로 계산되어, 모든 잔부 OPD가 -0.5 파 내지 +0.5 파 사이에 있다.
이용될 수 있는 메리트 함수의 일례는 다음과 같다.
Figure 112007049741264-PCT00003
수학식 (3)에서, ROPDBD, ROPDDVD 및 ROPDCD는 상이한 작동 모드에 대한 잔부 OPD이다. 이것은 어느 한 파장에서의 높은 잔부 OPD가 구조체에서의 빛 손실을 고려하여 다른 파장에서의 낮은 잔부 OPD보다 더욱 심화되는 것을 보장하기 위하여 소정의 양의 짝수로 자승된다. 가중 계수 Wxx에 의하면 모드 각각의 기여가 가중될 수 있다.
메리트 함수는 복수의 파장 중에서 각각의 파장 또는 적어도 두 개의 파장에 대하여 피크 대 피크 잔부 OPD가 바람직하게는 0.5 파 미만, 보다 바람직하게는 0.4 파 미만, 가장 바람직하게는 0.333 파 미만이 되도록 최적의 해답을 선택한다.
도 10, 11 및 12는 BD 모드, DVD 모드 및 CD 모드 각각에 대한 동공의 3 파장 영역 내에서의 잔부 OPD를 도시하고 있다.
BD에 대한 OPD는 악화되며, 0.240 파의 피크 대 피크 범위 내이다. DVD 경우에, 피크 대 피크 잔부 OPD는 0.219 파이며, CD 경우에 잔부 OPD는 0.301파의 피크 대 피크 범위 내이다. 각각의 경우, 잔부 수차는 보다 높은 차수의 수차이다. 일반적으로, 도 10, 11 및 12에 도시된 바와 같은 고차 수차는 집속된 스폿을 향한 투과에서의 손실을 야기하는 반면, 저차 수차는 스폿 형상을 악화시켜 더욱 바람직하지 않다.
본 발명의 제4 실시예는 HDDVD/DVD/CD 호환형 대물렌즈의 3파장 부분을 위한 디자인을 제시하고 있다. 도 1 및 도 2와 관련한 위의 설명은 HDDVD를 참조로 대체된 BD에 대한 모든 참조가 적용되는 것을 이해하여야 한다. 본 실시예에서, 제1 광기록 매체(3')는 콤팩트 디스크(CD)이며, 제1 정보층의 깊이(d1)는 대략 1.2mm이고, 제2 광기록 매체(3")는 디지털 다기능 디스크(DVD)이며, 제2 정보층의 깊이(d2)는 대략 0.6mm이고, 제3 광기록 매체(3''')는 고선명 디지털 다기능 디스크(DVD)이며, 제3 정보층의 깊이(d3)는 대략 0.6mm이다.
표 2에는 본 실시예에서 상이한 모드에 대하여 이용되는 파라미터를 기술하고 있다.
커버층 두께(mm) NA λnm
HDDVD 0.6 0.65 405
DVD 0.6 0.65 660
Cd 1.2 0.5 785
이러한 대물렌즈의 경우, 스미따(Sumita) K-VC89 글래스로 제조된 DVD에 대하여 최적화된 렌즈 본체를 이용한다. 대물렌즈의 전방에는 도 2에 도시된 바와 같이 보정판이 배치되어 있으며, 그 상부에는 HDDVD 및 CD와 호환 가능한 NPS 구조체가 배치된다. 호환 가능한 대물렌즈는 모든 모드에 대한 무한 복합체에서 이용된다. NPS는 본 실시예에서 평면 유리 기판 상에서 성형 공정으로 형성된 광고분자(2P) 복제 재료로 형성된다.
도 13, 14 및 15에는 NPS 보정을 수행하지 않은 잔부 OPD가 동공의 3 파장부에 대하여 상이한 작동 모드로 도시되어 있다. 도 13에서 잔부 OPD는 동공의 3 파장부 내에서 HDDVD 모드로 작성되어 있다. 도 14에서 잔부 OPD는 동공의 3 파장부 내에서 DVD 모드로 작성되어 있다. 도 15에서 잔부 OPD는 동공의 3 파장부 내에서 CD 모드로 작성되어 있다. 축척은 도든 도면에서 동일하다(1 파). 렌즈는 DVD 렌즈로 설계되어 있는 것을 알 수 있다. HDDVD 경우에, 대물렌즈와 디스크 기판의 구면색수차는 구면 수차의 0.2 파 피크를 초래한다. CD 경우에, 구면 수차의 약 1 파 피크가 보정되어야 한다.
HDDVD 및 CD 모드에 대하여 잔부 OPD를 보정하기 위하여, 각각의 스텝 내에서 비구면인 일련의 NPS 영역을 설계하여, HDDVD 및 CD에 대하여 잔부 OPD를 보정하지만 또한 소량의 수차를 BD 모드에 부가한다. 이 경우에(BD에 대하여 최적화된 렌즈), 스텝 높이는 다음의 범위 이내에 속한다.
Figure 112007049741264-PCT00004
도 16에는 NPS 구조체를 본 발명의 실시예에 따른 보정판 상에 형성된 불연속 스텝으로 분리된 복수개의 환형 NPS 영역 각각의 프로파일을 도시하는 단면도로서 도시하고 있다. 각각의 스텝 내측의 표면은 비구면으로서, 도 16에서는 직접 구분할 수 없지만 도 17, 18 및 19로부터 각각 이해할 수 있다. 각각의 NPS 영역 내측의 표면은 렌즈 디자인을 최적화하기 위한 하나의 파장에 대하여 허용 가능한 수차를 도입하면서, 복수개의 파장 중에서 적어도 하나, 바람직하게는 두 개에 대한 잔부 수차를 더욱 감소시키는 효과를 갖는 비구면으로 형성된다.
본 실시예에서, 각각의 영역에서 사용된 부가적인 반경방향 표면 프로파일은 HDDVD를 참조로 대체된 BD를 참조하여 전술한 메리트 함수(3)를 이용하여 발생된다. 메리트 함수는 각각의 파장에 대하여 피크 대 피크 잔부 OPD 또는 복수개의 파장 중에서 적어도 두 개가 바람직하게는 0.5 파 미만, 보다 바람직하게는 0.4 파 미만, 가장 바람직하게는 0.333 파 미만이 되도록 최적의 해답을 선택한다.
도 17, 18 및 19는 HDDVD 모드, DVD 모드 및 CD 모드 각각에 대한 동공의 3 파장 영역 내에서의 잔부 OPD를 도시하고 있다.
HDDVD에 대한 잔부 OPD는 0.26 파의 피크 대 피크 범위 이내이며, 잔부 수차는 고차 수차로 전이되었다. DVD 경우에, 잔부 OPD는 전체 성능을 최적화하기 위하여 악화되었다. 이 경우의 피크 대 피크 잔부 OPD는 주요 고차 수차에 따라 0.184 파이다. CD 경우에 잔부 OPD는 0.245 파의 피크 대 피크 범위 이내이며, 잔부 수차는 보다 높은 차수의 수차이다.
도 9 및 도 16에 도시된 실시예와 관련하여, NPS의 제조성은 예정된 폭 미만의 모든 영역에서 스텝을 제거하는 것과 표면의 반경방향 프로파일이 스텝이 제거된 영역에서 인접한 영역 중 하나의 궤도를 따르게 하는 것에 의하여 개선될 수 있다. 예를 들면, 5 마이크로미터 미만의 모든 영역을 상기 방식으로 제거할 수 있다.
본 발명의 실시예는 NPS 구조체를 이용하여 최고 NS(일반적으로 방사선의 최저 파장을 갖는)를 포함하는 모든 NA를 이용하는 주사을 필요로 하는 디스크 포맷 과 호환 가능한 광학 주사 장치용 대물렌즈 시스템을 제공하는 것으로, 방사선 빔 경로의 중심부는 3 파장에 대하여 보정된다. 전술한 바는 3파장 부분으로서 언급되는 렌즈의 중심부에 제한받지 않는다. 그러나, 전술한 실시예는 대물렌즈의 각 부분이 대물렌즈의 외측부를 이용하는 주사을 필요로 하는 디스크의 포맷과 호환 가능하도록 하는 구조 및/또는 렌즈를 구비하는 것에 주목하여야 한다.
렌즈의 중심부 바로 외측의 영역에 대하여, 상기 문제는 중심 3파장 부분 외측의 2파장 부분만을 이용하여 해결된 2파장만의 문제(전술한 HDDVD/DVD/CD와 호환 가능한 대물렌즈 실시예에서와 같이) 또는 3파장 부분 외측의 2파장 부분과 2파장 부분 외측의 1파장 부분을 이용하여 해결된 1파장 문제에 의하여 해결된 2파장 문제로 축소한다. 2파장 부분과 1파장 부분 모두에 대하여 공지된 해결수단이 존재한다. 2파장 부분에 대하여, 보정판은, 2개의 관련 파장에 대하여 적정한 보정을 제공하기 위하여, 위에서 참조한 "광학계에서의 비주기 위상 구조체의 응용"이라는 논문(그 내용은 본원에 원용되었다)에 기술된 것과 같은 2파장 부분에서 NPS를 포함하도록 설계될 수 있다. 1파장 부분에 대하여, 대물렌즈 자체 또는 보정판은 잔부 파장에 대하여 1파장 부분에서 연속 비구면 렌즈를 이용하여 보정되도록 설계될 수 있다.
상기 실시예는 본 발명의 예시적인 실시예로서 이해되어야 한다. 본 발명의 다른 실시예도 고려될 수 있다.
상기 실시예에서, 광보상기가 대물렌즈와 분리된 보정판 상에 NPS 구조 형태로 제공된다. NPS 구조체는 또한 렌즈 본체 상에 직접 배치될 수도 있는 것에 주 목하여야 한다. 이 경우에, 기판의 베이스 표면은 렌즈 포면 형상, 일반적으로 비구면 표면 형상을 모방하며, NPS 구조체는 베이스 프로파일과 같이 렌즈 표면 형상을 참조하여 높이 편차로서 형성된다. NPS를 갖는 렌즈는 예를 들면 유리 기판의 구면 표면 상에서 성형 공정으로 형성된 광고분자(2P) 복제 재료로 형성될 수 있다.복제 재료는 비구면 렌즈 베이스 프로파일을 형성하기 위하여 구면 유리 표면과 상이한 표면과 베이스 프로파일의 상부에 형성된 NPS 구조체를 제공할 수도 있다.
게다가, 본 발명에 따른 광보상기가 두 개의 개별 소자, 예를 들면 광학계의 광축을 따라 이격된 두 개의 개별 보정판 상의 두 개의 상이한 NPS 구조체 또는 단일 보정판의 대향 측면 상에 제공된 두 개의 NPS 구조체 형태로 제공될 수 있으며, 상기 두 개의 NPS 구조체는 전술한 단일 NPS 구조체와 유사한 복합 효과를 갖는다.
또한, 상기 실시예에서, 부가적인 반경방향 프로파일이 NPS의 각 영역에 제공되는 것에 주목하여야 한다. 그러나, 부가적인 반경방향 표면 프로파일은 각각의 영역에서 필요로 하는 각각의 최적화 정도에 따라 선택된 NPS의 소정 영역에서만 사용될 수 있다. 그러나, 부가적인 반경방향 표면 프로파일을 NPS의 적어도 두 영역에 제공하는 것이 바람직하다.
상기 실시예가 NPS 구조체 형태로만 제공된 보정을 기술하고 있지만, 광보상기는 또한 포커싱 및/또는 수차 보정 기능을 제공하는 하나 이상의 회절 구조체를 구비할 수도 있다.
전술한 실시예는 BD, CD 및 DVD 호환 가능한 대물렌즈 시스템과 HDDVD, CD 및 DVD 호환 가능한 대물렌즈 시스템에 관한 것이다. 그러나, 본 발명은 다른 다 중 파장 시스템에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 3파장 시스템에 제한되지 않으며, 그 이상의 파장을 이용하는 시스템에도 적용될 수 있다.
상기 실시예를 참조하여 기술된 어떠한 특징도 단독으로 또는 기술된 다른 특징과 조합하여 사용될 수 있거나, 다른 실시예의 하나 이상의 특징과 조합하여 사용될 수 있거나, 또는 다른 실시예와 조합하여 이용될 수도 있다. 또한, 설명되지 않은 균등물 및 변형은 청구범위에서 한정된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이용될 수 있다.

Claims (21)

  1. 정보층을 갖는 광기록 매체를 주사하기 위한 광학 주사 장치용 광보상기(30)로서, 복수개의 매체 중에서 상이한 두 개의 매체 내부에는 깊이가 다른 적어도 두개의 정보층이 있으며, 상기 광기록 매체는 제1 광기록 매체, 제2 광기록 매체 및 제3 광기록 매체를 구비하고, 상기 주사 장치는 제1, 제2 및 제3 기록 매체를 각각 주사하기 위한 제1, 제2 및 제3 방사선 빔을 생성하는 방사원 시스템(7)을 구비하며, 상기 제1, 제2 및 제3 방사선 빔은 소정의 상이한 파장을 가지고, 상기 광보상기는 제1, 제2 및 제3 방사선 빔이 통과하도록 배열되어 있는 비주기 위상 구조체를 구비하며, 상기 비주기 위상 구조체는 스텝에 의하여 분리된 복수개의 계단식 환형 영역을 가지고, 상기 영역은 비주기 반경방향 패턴을 형성하며, 상기 계단식 환형 영역은 제1, 제2 및 제3의 상이한 파면 변경을 각각 제1, 제2 및 제3 방사선 빔의 적어도 일부에 도입하는, 상기 광학 주사 장치용 광보상기에 있어서,
    상기 광보상기는 복수개의 계단식 환형 영역의 적어도 일부에 대응하는 반경방향 높이 편차를 가지며, 상기 반경방향 높이 편차는 비제로 기여(non-zero contribution)가 복수개의 계단식 환형 영역의 적어도 일부에 대응하는 파면의 일부에서 광보상기에 의하여 제1, 제2 및 제3 파면 변경 각각에 제공되도록 조정되는 것을 특징으로 하는 광보상기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비주기 위상 구조체의 영역은 제1, 제2 및 제3 방사선 빔 각각에 실질적으로 일정한 위상 변화를 제공하는 기본 반경방향 영역 프로파일을 구비하며, 상기 광보상기는 영역의 적어도 일부 각각에 대응하는 부가적인 반경방향 표면 프로파일을 구비하고, 상기 영역의 부가적인 반경방향 표면 프로파일은 영역 내에 높이 편차를 제공하는 것을 특징으로 하는 광보상기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 부가적인 반경방향 표면 프로파일은 영역 내에서의 기본 영역 프로파일 상에 중첩하는 것을 특징으로 하는 광보상기.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항 중 어느 한 한에 있어서,
    영역 내의 각 높이 편차는 상기 영역의 평균 높이와 인접한 영역의 평균 높이간의 높이 편차보다 상당히 작은 것을 특징으로 하는 광보상기.
  5. 제4항에 있어서,
    영역 내의 각 높이 편차는 상기 영역의 평균 높이와 인접한 영역의 평균 높 이간의 높이 편차의 최대 절반인 것을 특징으로 하는 광보상기.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광보상기는 제1, 제2 및 제3 방사선 빔 중 하나에 대하여 최적화된 대물렌즈를 이용하며, 상기 비주기 위상 구조체는 제1, 제2 및 제3 방사선 빔 중 적어도 하나에 대한 잔부 수차를 감소시키도록 구성되고, 상기 반경방향 높이 편차는 렌즈 디자인을 최적화하기 위한 방사선 빔에 대하여 허용 가능한 수차를 도입하면서 제1, 제2 및 제3 방사선 빔 중 적어도 하나에 대한 잔부 수차를 더욱 감소시키는 효과를 갖는 것을 특징으로 하는 광보상기.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반경방향 높이 편차는 다른 영역에서 상이한 것을 특징으로 하는 광보상기.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 방사선 빔 각각에서의 피크 대 피크 잔부 광로차는 반경방향 높이 편차의 결과로서 각각의 방사선 빔의 파장의 0.5 미만인 것을 특징으 로 하는 광보상기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 방사선 빔 각각에서의 피크 대 피크 잔부 광로차는 반경방향 높이 편차의 결과로서 각각의 방사선 빔의 파장의 0.4 미만인 것을 특징으로 하는 광보상기.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 방사선 빔 각각에서의 피크 대 피크 잔부 광로차는 반경방향 높이 편차의 결과로서 각각의 방사선 빔의 파장의 적어도 0.05인 것을 특징으로 하는 광보상기.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 방사선 빔 각각에서의 피크 대 피크 잔부 광로차는 반경방향 높이 편차의 결과로서 각각의 방사선 빔의 파장의 적어도 0.1인 것을 특징으로 하는 광보상기.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반경방향 높이 편차 중 적어도 하나는 실질적으로 비구면인 표면을 각각의 영역 내부에 제공하는 것을 특징으로 하는 광보상기.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 방사선 빔의 파장(λ3)은 제2 방사선 빔의 파장(λ2) 보다 짧으며, 상기 제2 방사선 빔의 파장은 제1 방사선 빔의 파장(λ1) 보다 짧은 것을 특징으로 하는 광보상기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 방사선 빔의 소정 파장은 각각 약 785 나노미터, 약 660 나노미터 및 약 405 나노미터인 것을 특징으로 하는 광보상기.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 기록 매체 각각은 실질적으로 상이한 정보층 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 광보상기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 기록 매체 각각은 약 1.2 밀리미터, 약 0.6 밀리미터 및 약 0.1 밀리미터인 정보층 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 광보상기.
  17. 제1항 내지 제4항 중 어느 항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 기록 매체는 두 개가 실질적으로 동일한 정보층 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 광보상기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 기록 매체 각각은 약 1.2 밀리미터, 약 0.6 밀리미터 및 약 0.6 밀리미터인 정보층 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 광보상기.
  19. 제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광보상기는 광학 주사 장치용 대물렌즈와 별개로 제공되는 광보정판 형 태로 제공되는 것을 특징으로 하는 광보상기.
  20. 제1항 내지 제18항 중 어느 항에 있어서,
    상기 광보상기는 광학 주사 장치용 대물렌즈의 표면 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 광보상기.
  21. 제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 따른 광보상기(30)를 포함하는 광학 주사 장치에 있어서, 상기 광학 주사 장치는 정보층을 갖는 광기록 매체를 주사하며, 복수개의 매체 중에서 상이한 두 개의 매체 내부에는 깊이가 다른 적어도 두개의 정보층이 있으며, 상기 광기록 매체는 제1 광기록 매체, 제2 광기록 매체 및 제3 광기록 매체를 구비하고, 상기 주사 장치는 제1, 제2 및 제3 기록 매체를 각각 주사하기 위한 제1, 제2 및 제3 방사선 빔을 생성하는 방사원 시스템(7)을 구비하며, 상기 제1, 제2 및 제3 방사선 빔은 소정의 상이한 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 주사 장치.
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